Büyüyen Enerji Mücadelesi Portre Mechatronics

Portreatif mechatronic sistemleri – mekanik yapıları, elektronik kontrolü ve gömülü yazılımları sıkı bir şekilde entegre eden cihazlar – uygun olmayan sağlık monitörlerinden ve cerrahi robotlardan alan uçaklara ve tüketiciye artırılmış gerçeklik kafaları olarak hizmet eder. Ancak, işlevsellikteki üstel büyümenin tek, enerjinin nasıl dağıtıldığı, enerjinin nasıl yeniden yapılandırılması gerektiğini düşünmekte fayda vardır:

Güç yönetimi artık basit bir gerilim düzenleyicisi için yeniden formüle edilmedikten sonra.Bu, gelişmiş elektrokimya, algoritmalı yük tahminleri ve minyatür enerji scavens. Mühendisler artık her miliwatt sayıyı katı büyüklükte tutmak için görevle karşı karşıya kalır, ağırlık ve termal zarflar. Katı devlet batarya mimarisi, bu tür bir yüzeysel diskoyu azaltan ve çok kaynak enerji toplayıcısı, modern bir çalışma alanı altında çalıştırılabilir olan tüm mekaniksel mekanizmaların tam olarak ne kadar iyi bir şekilde kullanılmasını gerektirir.

Portatif Güç Yönetimindeki Son Yeni Yenilikler

Son üç yıl, güç özerkliğinin üç sütununu ele alan bir atılım gördü: depolama yoğunluğu, teslimat istihbaratı ve çevre yenileme. Araştırma laboratuvarları ve ticari ürün takımları tek nokta geliştirmelerinden ve tümleşik mimarilere doğru hareket eden bir atılım gördü.Bu yaklaşım, her bir watt saatlik bir şekilde verimli bir şekilde kullanılmasını sağlar, cihazın hassas bir prosedür veya drone haritalamasını yürütür.

Depolama tarafında, sağlam enerjiler, şimdi, meydana gelmeden önce hızları tahmin eden makine-öğrenme çekirdeğine geçiş yapıyor, bu da yüksek çözünürlükte olan şarj noktalarına daha fazla enerji kazandırıyor.Bu arada, enerji hasatları miliwatt ölçekli sistemlere sahip olmak için, güç yönetimi, sürekli olarak düşük enerji radyolarına sahip olan tümleşik devreleri sürdürüyor.

Anahtar Teknolojileri Araba Değişimi

SolidState Battery: Lityum-Ion Limitlerinin Ötesinde

Konvansiyonel lityum hücreleri, sıvıya, cam veya polimer elektrolitlere güveniyor (yaklaşık 250-300 Wh /kg civarında) ve bugün kullanılan grafiklerden 10 kat daha fazla şarj sağlar.

Bir mechatronic cihazı, platformun kitlesel bütçesini değiştirmeden veya hız artırmadan, sağlam bir elektrolitliye sahip değildir.)) Üretim zorluklarının ötesinde, düşük seviyeli bir direnişe sahip olmak, 500 tam deşarjın ötesindeki aynı zamanda işlem süresini verebilir. #QScape ve Toyota gibi şirketler de ortaktır.

Hareketli mechatronics için, katı-devlete geçiş sadece daha uzun bir yaşamla ilgili değildir. Kapıyı kolayca kapatılabilir, cihazı şapellere veya robot ortaklarına kadar yapılandırılabilir ve mekanik katılaşma ortamları geliştirirken, daha fazla alan.Daha önce gerekli olan tasarımlar, sert-filmli sert-halamic hücreler, ki bu cihazlara ve Cymbete doğrudan depolar için depolanabilir.

Akıllı Güç Yönetmeliği, gömülü AI ile

En gelişmiş batarya bile verimsiz güç teslimatını telafi edemez. Modern mechatronic sistemi, işlemciler, motor sürücüleri, sensör dizileri ve mevcutları etkileyen iletişim modülleri içerir. Geleneksel kontenjanlar, statik gerilim rayları ve masadaki önemli enerjiden ayrılan sabit gerilim programları kullanır.Yeni nesil akıllı Cssell, tarihi yük kalıpları ve gerçek zamanlı sensör verilerini analiz eden, gelecek güç taleplerini tahmin etmek için tarihsel yük modellerini ve gerçek zamanlı sensör ölçümleme hızlarını içerir.

Bu çipler, Arm Cortex-M55 ile birlikte, son noktaya kadar mikroNPU ile birlikte, klasik DVFS'nin ötesine geçen dinamik gerilim ve frekans ölçeklendirmesini sağlar.Şu anda düşük bir önbellek (LDO) anlarını bir motordan önce önbellekleme işlemine kadar, birden çok güçlendirici işlem yapan sanal makineyi bir araya getiren bir sistemle birleştirebilirsiniz.

Bir giyilebilir sağlık monitörü sonucu, ECG analog ön uç ve Bluetooth radyosu tam olarak ihtiyaç duydukları enerjiyi alır, tam olarak ihtiyaç duyduklarında, oda içi atık olmadan. Benchmarks, bu akıllı düzenlemenin bulut panjurunu rapor edebileceğini gösteriyor, örneğin arama ve kullanım analizlerini mümkün kılan statik bir sistem için.In a shabrajman robotları, bu doğrudan acil durum sırasındaki ilave dakikalara karşı hızlı bir şekilde ayarlayabiliyor.

Çok Kaynakları Enerjinin Enerjisi

Pil yok, yoğun olarak, bir cihaz sonsuza dek güçleyebiliyor. Enerji, aksi takdirde kaybolmuş olan ortamlara dokunarak boşlukları kapatıyor. Mechatronic sistemleri özellikle de iyi bir şekilde şarj edilir çünkü genellikle mekanik titreşimde, termal gradyanlarda veya ışıkta zengin bir şekilde çalışır.

Bir yürüyüş elemanı veya dönüşlü motora dayalı termoelektrik jeneratörleri, ince filmlerin incelendiğinde, 10 °C ısı farkının yüksek çözünürlükte 10 saniye boyunca optimize edilmesi gerekir.Dönetici aydınlatmanın spektrumu için optimize edilmiş 20-50 μW /cm2, tipik ofis aydınlatmasına dayanan.

Yenilikçi güç yönetimi ICs şimdi aynı anda çok fazla kaynak hasat ediyorlar.Parate transducers'ten enerji toplarlar - güneş paneline ve vibatif bir pastane şerite - tek bir depolama kapasitesi veya ince film bataryasına sahipken, düşük ücretli en umut verici giriş ve aşırı yükleme görevlerine karşı koruma sağlar.Bu hibrit yaklaşım, bu tür bir kablolama robotunun yüzeydeki her iki güneş ışığından da yüksek ısıtılmasına izin verir.

Kablosuz Güç Transferi ve Resonant Coupling

Kesinlikle bir depolama teknolojisi olmasa da, kablosuz güç transferi (WPT), Qi 2.0 ve AirFuel Resonant gibi standartların, effici 85'den fazla kesintiye uğraması için fiziksel bağlantılarını ortadan kaldırır.

Mechatronic cihazlar için, kablosuz şarj, sualtı uçakları veya tıbbi implantlar için sürekli olarak mühürlenmiş olabilir, güvenilirlik ve sterilizasyon yeteneği geliştirmek. Drones, hassas mekanik bir uyum olmadan şarj edilebilir ve bir fabrikadaki robot kolların, uzaysal özgürlükleri destekleyen kısa boş anlarda yeniden şarj edilebilir () Hava Kuvvetlerinin sürekli olarak hareket halinde hareket ettiği dinamik kablosuz şarj şeritlerini geliştirir.

İndüktif darbenin ötesinde, sığakal kablosuz güç transferi, ultra-tamam boşlukları gerektiren uygulamalar için ortaya çıkıyor veya metal nesnelerin manyetik alanlara müdahale etmeden yıllar boyunca çalışan yüksek frekanslı elektrik alanları kullanıyor ve implantatif ilaç pompaları veya nörotimülatörler gibi, WPT, transkriptli telleri ortadan kaldırır, hasta müdahale etmeden uzun süre boyunca çalışan hastaların ömrünü azaltır.

Gelişmiş Superkapors ve Hybrid Storage

Piller büyük miktarda enerji depolamakta ama yüksek akım patlamaları gerilim bilge veya hızlandırılmış yaşlanma olmadan sunmak için mücadele eder. Superkapors, diğer yandan, milisaniyelerde on tane amplitüd yükü ortak olan dijital güç kontrolörü sağlayarak, onları mekanik olarak şarj etmek için ideal kılar.

Örneğin, prosthetic ankle ortak, şarj aşamasında 5A patlamayı gerektirebilir, uzun süre düşük algılama süresi ile takip eder. patlamayı tedarik etmek için süper kapasitede olan bataryayı kullanarak yüksek deşarj oranlarında, yüksek güç döngüsünde ortaya çıkar ve gerilim stabilitesini koruyabilmek için son gelişmelerden yararlanabilirsiniz.

Cihaz Tasarımı ve Kullanımı Üzerine Etkisi

Yüksek kaliteli depolama, adaptif bir düzenleme, ortam enerji çekilmesi ve karma tamponlama her seviyede mechatronic mimarileri yeniden şekillendirmek artık bataryayı baskın, hacim gecikme bileşeni olarak kabul etmek zorunda değildir.

Termal yönetim, gereksiz gerilim başı odalarını ortadan kaldırarak genel ısıtılabilir. Bu, taşınabilir ultrason sistemleri veya el endüstriyel tarayıcılar gibi cihazlardaki ısıtımı azaltımı, bazı durumlarda, ısıtımı için optimize edilebilir bir güçten ısıtılabilir.Bu, termoelektrik jeneratörleri şarj cihazı ile şarj edilebilir bir şarj cihazına veya şarj cihazına veya şarj edilebilir bir ısıtılabilir.

Fonksiyonel olarak, gelişmiş güç yönetimi, daha önce tethered sistemler için ayrılmış olan yetenekleri sağlar.Bir giyilebilir exoskeleton şimdi bir haftadan fazla bir süre sonra, kullanıcının doğal gait enerjisini hasat ederken, bir felaket-sorumlu robotu daha yüksek çözünürlüklü bir süzge veya bir manipülatör kolu için ücretsiz olarak şarj edebilir. Tıbbi insülin pompaları ve sürekli bir hafta boyunca sürekli bir şarj süresine ulaşır ve sürekli rechargingin yükünü azaltır.

Meydanlar ve Mühendislik

Sözcülüğe rağmen, bu güç yenilikleri üretime entegre etmek için optimize etmek basit değildir. Katı devlet pilleri, daha güvenli iken, şu anda düşük sıcaklık performansından ve daha yüksek iç direnişten sonra soğuk zincir izleme uygulamaları devam eder.Bu etkiler, açık robot ve soğuk ölçekli ölçümler çok yıllık bir zorlukla karşılaşır.

Akıllı BTCCs, bu arada kendi öznel akım yüklerini ekleyin. Bir motor önceden tahmin edilenden daha hızlı bir şekilde başlatılırsa, fiziksel kamera modellerine yönelik eğitim ve doğrulama konusunda önemli bir çaba harcamalı ve gerçek dünya kullanım döngülerine sahip olmak için çok sayıda CMS'nin ağlarını uygular. Over-optimistic yük tahminleri gibi araçlar, mühendisler için bu tür bir yazılımları geliştirmelerine yardımcı olur.

Enerji üretimi, tüm çağrıları için, doğal olarak öngörülemeyen bir cihazdır. Kapalı ışık ve vibrasyona dayanan bir cihaz, genişletilmiş karanlık, hala şarj edilebilir bir tamponla birleştiren Hibrit mimarileri zorunlu hale getirir, ancak sorumlu sonlandırma ve derinlik-of-discharge'i farklı kimyagerler arasında yönetmek - özellikle de ince bir filmdeki gibi - elektriksel dönüşümler için karmaşıklık sağlar.

Hibrit depolama sistemleri kendi ticaret setlerini tanıtıyor. Güç yönetimi kontrolörü süper kapasite ve batarya arasında dengeye sahip olmalı, farklı gerilim profilleri ve öz-şarj oranları için muhasebe. Aktif hücre dengelemesi, iki depolama teknolojisiyle birlikte ortaya çıkan daha karmaşık hale gelir ve genel sistem maliyeti önemli ölçüde artırabilir. ancak yüksek performanslı mechatronic cihazlar için, üst düzey güç teslimatları ve batarya uzun sürelerindeki faydaları genellikle bu ek maliyetlere bağlıdır.

Future Perspektifleri

Önümüzdeki sefere, araştırma hattı, bugünün atılımlarının sadece temel olduğunu gösteriyor. Sonraki nesil lityum-sulfur ve lityum-air kimyagerleri teorik enerji cezalarının 600 Wh/kg ötesinde, pratik döngüler yaşam elif kalır. Yapısal batarya paketleri - cihazın kendi mağazaları enerjileri – üniversite laboratuvarlarından savunma ve havacılık prototiplerine taşındılar.- Karbonfiber fiberler aktif malzemelerle ilgili olarak bu gelişmeleri hızlandırdı (bunun ağırlığının tamamen ortadan kaldırılmıştır).

Güç yönetimi algoritmaları giderek daha bağımsız hale gelecektir. Güçlendirici destek öğrenme ajanları, alt-mW sinir hızlandırıcıları üzerinde çalışan, bir cihazın alt sistemleri arasında gerçek zamanlı olarak, davranışsal örnekleme oranları ve radyo iletişim kurma gücü, ARPA-E tarafından finanse edilen "kendi kendini izole eden güç malzemeleri" keşfeder ve hasar görmüş batarya hücreleri arasında otomatik olarak, güvenlik kritik uygulamalarda artan güvenilirlikleri içerecektir.

Sürdürülebilir enerji hasatı, bol ve toksik olmayan malzemelere doğru hareket edecek. EnOcean enerjileri gibi düşük maliyetli kablosuz protokoller, ticari IoT ve mechatronic platformlarının özel donanım olmadan entegrasyonuna daha kolay hale getirecek.Inglish-tching çabalar, yüksek çözünürlükte dağıtılabilecek güçlere daha fazla yol açacak.

Sonuçta, önümüzdeki on yılın taşınabilir mechatronic cihazları sadece motor veya sensörler tarafından tanımlanamaz, ancak enerjilerini yakın-biyolojik verimlilikle yönetme yeteneğine sahip olacaktır.Bugün bu yenilikleri kucaklayan mühendisler, adaptive Regulation, ubiquitous hasat, ve hibrid bir tamponlama, daha uzun bir şekilde, mümkün olan her şeyden daha hızlı bir şekilde adapte olacak şekilde insan ortamına adapte olacaklar.