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Objetos inteligentes y conectados: ¿cómo funcionan, para qué sirven y cuánto consumen?

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21 de septiembre de 2020

Cada vez más pequeños, con una gran autonomía y capacidad de cálculo, pueden funcionar sin baterías, a través de diferentes tipos de energía y suponen un consumo muy bajo con hasta diez años de duración.

Los objetos conectados suelen estar en el foco de las críticas del Internet de las Cosas (IoT). El mercado está desarrollando dispositivos cada vez más pequeños, con un consumo de energía mínimo, con el objetivo de permitir una larga duración de la batería. Entre los distintos tipos de aparatos, resultan llamativos los que funcionan sin batería. ¿Cómo es esto posible?

Objetos conectados sin batería (o casi)

Las vibraciones de un motor o pequeños paneles fotovoltaicos pueden ser fuente suficiente de energía para este tipo de dispositivos. En este caso, suelen estar equipados con una batería que se recarga según la disponibilidad de la fuente de energía. Sin embargo, hay otros dispositivos de pequeño tamaño que pueden funcionar sin esta acumulación de energía: hablamos, por ejemplo, de la tecnología RFID pasiva. Se trata de pequeños TAG que se alimentan cuando son "golpeados" por las ondas de radio de un transmisor. La señal recibida por estas antenas es tal que alimenta el chip en su interior y transmite su estado al receptor. Esta tecnología se utiliza ampliamente en la logística de mercancías.

Otra tecnología similar es la de los TAG NFC. En este caso, hay dispositivos reales que pueden ser alimentados colocando el Smartphone. Se trata de pequeñas potencias capaces de proporcionar hasta 20 mA de corriente. Esta energía es suficiente para alimentar un microcontrolador capaz de muestrear la señal de un sensor y transmitir el valor a un teléfono inteligente para su procesamiento.

Entre las tecnologías inalámbricas más efectivas para la extracción de energía está la Alianza EnOcean. Se trata de un ecosistema que produce sensores inalámbricos que obtienen la energía de su entorno: movimiento, luz o temperatura. La combinación de convertidores de energía en miniatura, electrónica de ultra-bajo consumo y una robusta tecnología de radio basada en estándares abiertos (EnOcean, Zigbee y Bluetooth) constituye la base para la digitalización de edificios, servicios y procesos de producción en la IoT. Estas soluciones se utilizan en la automatización de edificios, casas inteligentes, control de iluminación LED y aplicaciones industriales.

Objetos alimentados con baterías de bajo consumo

Hasta ahora nos hemos centrado en los objetos inteligentes más "virtuosos" desde el punto de vista del consumo de energía, pero también hay una serie de dispositivos de bajo consumo capaces de realizar funciones más complejas. Se trata de sistemas con baterías que duran  más de 10 años y se activan sólo cuando es necesario. En el tiempo restante, permanecen en un estado “durmiente" cuyo consumo es prácticamente nulo.

¿Cuáles son las aplicaciones en las que se pueden usar estos dispositivos? Una de las funcionalidades es para los contadores de gas y de agua, un sector que transmite datos diariamente. También es interesante su uso para medir las condiciones climáticas o los niveles de contaminación en las ciudades, así como para controlar la iluminación o los estacionamientos.

Los sistemas de comunicación

Para conseguir un bajo consumo de energía, los objetos inteligentes utilizan protocolos de comunicación. Además del EnOcean, del que hablamos anteriormente, entre los primeros protocolos implementados tenemos el Sigfox y el LoRa, que permiten sortear distancias importantes de transmisión, hasta un máximo de 15 km, con un consumo limitado. Sin embargo, estas dos tecnologías tienen el problema de la limitada disponibilidad de ancho de banda, lo que limita su uso exclusivamente a los sensores con poca información.

Otra tecnología es el M-Bus inalámbrico, un protocolo certificado para la medición de gas, pero que también cuenta con un ancho de banda muy limitado y requiere de cierta gestión manual del canal.

En los últimos años hemos visto una evolución de los protocolos estándar como el Bluetooth de baja energía, usado por todos los dispositivos que requieren una comunicación rápida a distancias cortas. Hay que tener en cuenta también la aparición del Wi-Fi 6.0, que a nivel técnico y tecnológico mejorará el rendimiento de la red y supondrá un aumento significativo de la velocidad de conexión, una disminución del consumo de energía y una mayor autonomía de los dispositivos conectados.

Por último, encontramos la tecnología más utilizada por los objetos inteligentes, NB-IoT, que garantiza un ancho de banda justo y un consumo de energía muy bajo, esperando la llegada de 5G.

¿Cuál será la evolución de los objetos inteligentes?

Hemos analizado cómo evolucionan los dispositivos desde el punto de vista físico y de la comunicación, pero la clave en la evolución de los objetos inteligentes será su transformación en objetos sociales: pueden identificar e interactuar con otros dispositivos para resolver problemas técnicos y hacerlo de forma autónoma. 

Un ejemplo lo encontramos en el sector automovilístico, en el que los coches conectados pueden intercambiar información sobre el tráfico y las condiciones de la carretera para elegir la mejor ruta y comunicársela al conductor. Lo mismo ocurre el sector de la logística, donde la información que nos proporcionan los objetos inteligentes permite optimizar la gestión de las existencia de productos cuyo tiempo de vida es fundamental, como los alimentos.

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