Sensoren die hun energie uit de omgeving halen en dus geen batterij of voedingskabel nodig hebben: dat is het doel van het onderzoeksproject ‘Zero Negative Energy’. Het Werkzeugmaschinenlabor (WZL) van RWTH Aachen start het project samen met Vanguard Cybernetics.
De partners werken aan een modulair platform voor industriële sensorknooppunten. Onder geschikte gebruiksomstandigheden moeten die uitsluitend op omgevingsenergie draaien, zonder batterijen en zonder het wissel- en onderhoudswerk dat daarbij hoort. Het project loopt binnen de afdeling Automatisierung und Steuerungstechnik van het WZL.
Energievoorziening als rem op het Industrial Internet of Things
Stroomvoorziening is een uitdaging
Naarmate productieprocessen sterker gekoppeld raken, zijn er meer sensoren nodig die zich flexibel in machines, installaties en productieomgevingen laten integreren. De stroomvoorziening is daarbij volgens het WZL een wezenlijke uitdaging. Extra voedingskabels maken nabouw lastig, terwijl batterijwissels veel werk opleveren bij sensoren die moeilijk bereikbaar zijn of in grote aantallen verspreid zitten. Dat raakt de kern van smart industry: een sensornetwerk schaalt pas als niet elke node op gezette tijden handmatig onderhoud nodig heeft. Bij de aftrap van het project heeft het WZL verder geen mededelingen gedaan over welke energiebronnen men op het oog heeft.
Platform van vier bouwstenen
Het onderzoeksinstituut van de universiteit gaat nu samen met Vanguard Cybernetics een systeem architectuur ontwikkelen dat uit vier bouwstenen bestaat. : ambient energy harvesting (energie winnen uit de omgeving), hoogefficiënt energiemanagement, milieuvriendelijke energieopslag en ultra-low-power-microcontrollers. Centraal staat een hardware-softwareplatform met een zogeheten Energy-Orchestrator. Die stemt metingen, dataverwerking en draadloze communicatie af op de beschikbare energie en stuurt noodzakelijke onderbrekingen en het herstarten gecontroleerd aan.
Het WZL combineert het platform met verschillende radiotechnologieën en sensoren en test het op het eigen lab in industriële toepassingsscenario’s. De onderzoekers kijken daarbij vooral naar energiehuishouding, bedrijfsgedrag en robuustheid van de gekoppelde systemen. Doel is overdraagbare kennis voor betrouwbare, grondstofbesparende en onderhoudsarme IIoT-systemen.
Het potentieel van dit project reikt verder dan het niet meer hoeven te verwisselen van batterijen in sensoren zoals meettasters. Zodra deze sensoren hun energie uit de directe omgeving halen, kunnen ze waarschijnlijk compacter en lichter ontworpen worden. Daarnaast wordt het dan gemakkelijker sensoren te plaatsen op moeilijk bereikbaar plekken in een machine.
Zero Negative Energy wordt gefinancierd binnen de subsidiewedstrijd Grüne Gründungen.NRW van de deelstaat Noordrijn-Westfalen en mede ondersteund vanuit de EU.
