Como superar o dilema escalabilidade X consumo de energia?

Um dos maiores benefícios da IoT é sua capacidade de alcançar lugares cada vez mais remotos via dispositivos inteligentes e edge computing. Por outro lado, a dificuldade de acessar esses locais e cumprir a rotina de manutenção pressupõe superar o desafio de garantir o fornecimento de energia constante para os dispositivos.

Substituir baterias de milhares de devices é uma tarefa bastante custosa, que pode inclusive inviabilizar muitos projetos de Internet das Coisas. A situação torna-se ainda mais crítica quando falamos de aplicações em locais de difícil acesso, como alguns cenários rurais, plataformas petrolíferas e fazendas eólicas.

Atualmente, já estão disponíveis no mercado diversas tecnologias que buscam elevar a autonomia dos sistemas de IoT. Entretanto, com a ascensão exponencial do número de dispositivos, o gerenciamento e o fornecimento de energia ainda representam um grande desafio a ser superado.

Internet das Coisas: maior ou menor consumo de energia?

Uma das mais importantes finalidades da Internet das Coisas é elevar a eficiência energética de equipamentos e processos industriais através do monitoramento inteligente, diminuindo os custos de operação e a pegada ambiental. Por outro lado, o crescente número de dispositivos projetado para os próximos anos (mais de 50 bilhões nos próximos anos, segundo o Grupo de Internet das Coisas da Cisco) representa uma elevação importante no consumo de energia.

Segundo um estudo comandado por Anders S.G. Andrae, da Huawei, se não houver avanços significativos em eficiência energética, as indústrias de Tecnologia da Informação & Comunicação (TIC) poderiam consumir 20% de toda a eletricidade do mundo, até 2025, e serem responsáveis por até 5,5% das emissões de carbono.

benefícios da IoT
Fonte: “Total Consumer Power Consumption Forecast”, Anders S.G. Andrae

Para superar essa aparente trade-off entre o aumento no número de dispositivos de IoT e a necessidade (social e ambiental) de diminuir o consumo de energia, as Smart Grids, por exemplo, já são capazes de gerenciar sistemas de geração e distribuição bastante inteligentes. Elas contam com tecnologias de balanceamento e queda de tensão, corte de picos e armazenamento de energia, que ajudam a equilibrar a intermitência da geração renovável com as demandas que os consumidores colocam sobre as redes.

Design Inteligente de Hardware: garantia de menor consumo de energia

A dissipação de energia durante o trabalho dos microprocessadores dos dispositivos de IoT é um outro fator que diretamente impacta a eficiência energética.

Por essa razão, o design de hardware está diretamente ligado à capacidade de ampliar os benefícios da Internet das Coisas, sobretudo no que se refere ao desafio de implementar um sistema integrado com um maior número de transistores, sem perder de vista a relação sustentável do consumo de energia.

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O crescimento na quantidade de transistores está diretamente ligado à expansão dos dispositivos conectados de IoT, e seu custo de fabricação é cada vez menor. A The Economist apresentou uma comparação pela qual seria possível produzir até 125.000 transistores com o preço de um único grão de arroz. Se atualizarmos essa proporção a valor presente, certamente o número será ainda mais impressionante.

Vendas de transistores (escala mundial)

transistores
Fonte: Statista 2021

Em razão dessa elevada demanda e do baixo custo de produção, a necessidade de otimizar a quantidade de transistores incorporados a um projeto de IoT não era considerada um grande problema. Entretanto, o crescimento exponencial dos dispositivos nos últimos anos fez com que o consumo de energia dos sistemas passasse a ser considerado com muito mais atenção. Por sinal, quanto maior o consumo, menor tende a ser a vida útil das soluções.

Como consequência, o planejamento dos projetos de Internet das Coisas atuais atenta-se fortemente aos fatores que podem elevar a dissipação de energia. O design de hardware e o número de transistores incorporados aos sistemas são apenas um dos aspectos analisados para otimizar a performance global dos sistemas.

Sistemas de IoT autossuficientes: uma realidade cada vez mais próxima

Um sistema de IoT ideal é aquele capaz de manter a própria autonomia energética. Embora ainda não seja uma realidade prática no mercado, estamos cada vez mais próximos de atingir esse cenário, haja vista uma série de inovações que estão surgindo nos últimos anos.

Segundo Andy Stanford-Clark, CTO da IBM na Irlanda e Reino Unido, devemos esperar cada vez mais dispositivos que consigam se alimentar com a energia do ambiente, tal como ondas de rádio, vibrações de máquinas, veículos, calor e energia solar.

Espera-se com isso que a demanda de energia para manter os dispositivos funcionando caia ao longo do tempo e a troca de baterias seja cada vez mais espaçada (hoje já são comuns baterias com duração superior a 10 anos).

Além disso, a expansão no uso de sistemas de comunicação de baixa potência, como redes celular LTE NB-IoT e Cat-M também têm contribuído para desafogar o consumo de energia sem comprometer a performance.

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A implantação de dispositivos inteligentes é outro fator que está diretamente ligado ao aumento de performance operacional. São inúmeros os casos práticos que comprovam sua capacidade de reduzir o desperdício de energia, sobretudo em ambientes industriais, através da otimização de processos.

Esses equipamentos podem ser acoplados a ativos de chão de fábrica, por exemplo, e permitem que a empresa colete dados em tempo real, interconectando toda a cadeia produtiva a sistemas inteligentes de IoT. Com isso, cria-se uma imagem tridimensional da instalação operacional, tornando muito mais fácil o controle de atividades e a correção de desvios.

Os dispositivos inteligentes, via sensores incorporados, estão diretamente ligados à maximização dos benefícios da Internet das Coisas. Eles monitoram uma variedade de funções, como o uso de iluminação, temperatura, umidade e níveis de atividade das máquinas. Quando integrados a um sistema finamente desenhado para otimizar a eficiência energética, eles potencializam resultados não apenas em termos de redução de custos, mas também de geração de receita e, claro, sustentabilidade.

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