Tre ingredienti per un sensore sostenibile

La costante ricerca (e risultati) riguardo a dispositivi di nuova generazione, qualunque essi siano, per consentire consumi sempre più bassi, ha fatto in modo di estendere la R&D anche negli sviluppi delle tecnologie bio. È il caso di dispositivi elettronici realizzati con materiale naturale come, ad esempio, il super condensatore che utilizza la lignina realizzato da Ligna. Questa novità, presentata oltre un anno fa, percorre la complessa strada del low power declinato in settori come l’agricolo ma anche la fusione con altre tecnologie ancora in fase di sviluppo come l’energy harvesting. Già perché non è importante solo la quantità di energia assorbita dai dispositivi ma anche tutte le energie disponibili e che sono frutto della trasformazione di altre. Vibrazioni, calore, elettricità statica, chimica rappresentano risorse che, seppur piccole, possono essere sfruttate per aggiungere energia all’energia (delle fonti rinnovabili). Questo è un po' il principio, o meglio, la filosofia costruttiva, del prodotto di cui parleremo in questo articolo e che si basa su alcuni punti fondamentali: consumi bassissimi, energie rinnovabili, acquisizione di ulteriori energie, zero batterie, impatto ambientale (anche costruttivo) tendente allo zero.

Combinazioni tecnologiche per un sensore multitasking

Quando tre aziende condividono gli stessi valori e grosso modo gli stessi obiettivi, è meno complesso realizzare una tipologia di prodotto che racchiuda realmente i principi discussi nel paragrafo precedente. Sparq, Ligna e Innoitaly sono tre realtà che hanno collaborato a stretto contatto per realizzare un sensore in grado di misurare valori come temperatura, umidità, ecc. Come vedremo nel dettaglio questo dispositivo è stato studiato per avere la più alta autonomia di funzionamento, la possibilità di trasmissione dei dati acquisiti nonché una durabilità estesa senza far utilizzo di batterie. Queste caratteristiche lo rendono adatto all’implementazione in settori come Agritech, Smart Home, Building e City.

Chi ha detto che bio è meno performante?

Il super condensatore di Ligna è stato realizzato con materiali bio-Based (lignina) e adotta il concetto di elettronica autoalimentata. Frutto della ricerca e del lavoro congiunto con Sparq, questo componente è nato dall’allineamento di visione fra Sparq e Ligna generando un impatto significativo per tutto il settore dell’IoT. Considerate le sue dimensioni estremamente contenute (20 x 20 x 0,4 mm il più piccolo, 30 x 42 x 0,6 mm il più grande con rispettive capacità da 50mF a 1,2 F) ha un impatto ambientale estremamente basso grazie alle caratteristiche di bassi consumi energetici (lavora con tensioni nominali inferiori a 3,0 V con consumi che vanno dai 50 uWh a poco più di 1 mWh) unito a un periodo di tempo di vita più esteso nel quale sono possibili oltre 100k cicli di carica/scarica. Questo super condensatore è particolarmente adatto per il mercato IoT e IIoT in quanto dimensioni e prestazioni consentono una flessibilità tale da poter essere inserito agevolmente in qualsiasi sistema e dispositivo connesso.

Innovazione e Sostenibilità nel monitoraggio ambientale e industriale

Innoitaly è una startup innovativa nata lo scorso anno che si occupa di progettazione e realizzazione di sensori e dispositivi wireless ad indipendenza energetica, che integrano tecnologie di ultima generazione come l’AI. Questi prodotti sono destinati ad essere impiegati per il monitoraggio degli ambienti con il focus su sostenibilità, efficienza e riduzione dei costi. I dispositivi in grado di funzionare senza batterie offrono numerosi vantaggi come un minor costo di acquisto, di manutenzione e smaltimento a fine vita, con conseguente sostenibilità ambientale, sociale ed economica. L’intelligenza artificiale consente di processare i dati acquisiti direttamente sul dispositivo, quasi come se fosse una sorta di Edge device: ciò consente in primis di avere componenti più piccoli e meno energivori e di creare una rete molto snella.

Il dispositivo

Il dispositivo nel suo insieme si può scomporre in quattro parti formate da: il modulo che integra il sensore, il super condensatore, il modulo LoRa, dotato di relativa antenna e un micro pannello solare. Il modulo sensore, oltre ad essere supportato dalla carica del condensatore, è connesso a quello di trasmissione studiato per essere energeticamente indipendente e che provvede all’invio dei dati attraverso una piccola antenna LoRa. Si è parlato di LoRa poiché i dati rilevati vengono trasmessi attraverso questo modulo a bassissimo consumo capace di connettersi con diversi sensori esterni. In questo modo è possibile predisporre diversi scenari di uso. Per riprendere la filosofia costruttiva bio del super condensatore, anche il micro pannello solare è stato realizzato in materiale organico e presenta caratteristiche di flessibilità per potersi adattare alle differenti tipologie di involucro per i sensori.

Il micro pannello è in grado di fornire energia sia al modulo LoRa che al super condensatore, quest’ultimo destinato ad alimentare il sensore. Questa impostazione consente di generare energia sufficiente per soddisfare entrambe le fasi di rilevamento elaborazione e trasmissione dati, quest’ultima richiede valori intorno ai 6 mJ. Inoltre il dispositivo è in grado di raccogliere e convertire energie secondarie attraverso vibrazioni, batteri nel terreno tramite celle a combustibile microbiche e differenziali termici. I campi di utilizzo possono spaziare dall’agritech per la misurazione dei parametri dell’aria e del terreno all’ambito ambienti con cui è possibile rilevare umidità, qualità dell’aria dei locali, ecc. fino ad arrivare al rilevamento presenza e/o vicinanza di persone (può essere predisposto, ad esempio, all’interno dei musei come sensore di avvenuto contatto con le opere esposte e quindi essere integrato in un sistema di sorveglianza)

Il ruolo di Sparq

Sparq, società del Gruppo Cebon, è un’azienda fra le più importanti a livello globale per quanto riguarda il comparto dei sistemi di energy storage. L’operato di Sparq si basa su obiettivi realistici che toccano la riduzione della carbon footprint, l’azzeramento dell’impatto ambientale e la promozione di processi sostenibili. Per questa soluzione Sparq si è occupata in primis dello sviluppo del super condensatore collaborando con Ligna e nel contempo ha provveduto a seguire la parte tecnico commerciale rappresentando il collante fra Ligna e Innoitaly. Quest’ultima, storico cliente Sparq, a seguito del perfezionamento dei sensori e moduli LoRa, era alla ricerca di un sistema affidabile di alimentazione a impatto zero, pertanto per Sparq è sato facile proporre la soluzione “bio” messa a punto con Ligna e seguirne il processo di sviluppo. Questo è un esempio tangibile di come la filosofia Sparq, condivisa da altre realtà, abbia portato alla realizzazione di una soluzione a così basso impatto ambientale e con un campo di impiego ampio.