Introduzione
L’autonomia energetica rappresenta una delle sfide più rilevanti per le applicazioni della sensoristica e dell’IoT. Alimentare sensori senza ricorrere a batterie o connessioni alla rete elettrica può ridurre drasticamente i costi di manutenzione e l’impatto ambientale. In questo contesto, Oxhycell si pone come una tecnologia rivoluzionaria, in grado di raccogliere energia dall’ambiente e alimentare dispositivi elettronici in modo sostenibile ed efficiente.
Il primo caso d’uso concreto che abbiamo sviluppato riguarda l’alimentazione di sensori di luminosità ambientale (ALS – Ambient Light Sensors) attraverso un sistema completamente autonomo basato su Oxhycell. Grazie al supporto di Campania Startup, abbiamo sviluppato un dimostratore che evidenzia il potenziale della nostra tecnologia nel campo dell’Energy Harvesting per l’IoT. Si tratta di una pietra miliare importante per il nostro progresso verso l’efficienza e la miniaturizzazione.
Il Problema: Sensori Wireless ed Energia Limitata
I sensori ALS sono ampiamente utilizzati per regolare automaticamente la luminosità di schermi e illuminazioni intelligenti, riducendo i consumi energetici e migliorando il comfort visivo. Tuttavia, l’alimentazione di questi dispositivi rappresenta una sfida significativa:
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- Le batterie hanno una durata limitata e devono essere sostituite periodicamente.
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- L’alimentazione cablata non è sempre una soluzione praticabile, specialmente in installazioni remote o distribuite.
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- Le attuali soluzioni di Energy Harvesting (luce solare, vibrazioni, radiofrequenze) hanno limiti in termini di potenza generata, continuità e compatibilità con una varietà di ambienti.
Oxhycell offre una soluzione innovativa per superare questi limiti, garantendo un’alimentazione stabile e continua ai dispositivi senza necessità di batterie o cavi.
Il Dimostratore: Un Sensore ALS Alimentato da Oxhycell
Per dimostrare la fattibilità di questa soluzione, abbiamo sviluppato un prototipo funzionante che utilizza un Powercore Oxhy per alimentare un sensore ALS e trasmettere i dati in modalità bluetooth.
Come Funziona il Sistema?
Il dimostratore è composto da diversi moduli chiave:
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- Powercore Oxhy – Un wafer di Oxhycell che raccoglie energia dall’ambiente e la mette a disposizione di un condensatore.
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- Power Management Unit – Una sezione di gestione dell’energia che regola la carica e l’attivazione del sistema.
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- Modulo ALS – Include un microcontrollore, il sensore di luminosità e un modulo Bluetooth per la trasmissione dati.
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- App Mobile di Monitoraggio – Riceve i dati dal sensore e visualizza i livelli di luminosità ambientale.
Il funzionamento è semplice ma altamente efficiente:
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- Il Powercore Oxhy raccoglie energia dall’ambiente e la immagazzina in un condensatore.
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- Raggiunta una soglia di tensione, il sistema si “sveglia”, attivando il sensore ALS.
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- Il sensore misura il livello di luminosità e invia i dati via Bluetooth all’App mobile per il monitoraggio.
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- Dopo la trasmissione, il sistema torna in modalità di accumulo energetico, pronto per il ciclo successivo.
Questa logica consente di alimentare il sensore senza bisogno di batterie, garantendo un sistema completamente autonomo e di lunga durata.
Le immagini qui sotto danno un’idea di quanto appena descritto.
Un Sistema Modulare: Oltre il Sensore ALS
L’obiettivo del dimostratore non è solo dimostrare la validità dell’Energy Harvesting per un singolo sensore, ma mostrare la versatilità della tecnologia Oxhy in una molteplicità di applicazioni nella microelettronica. Per questo, il modulo ALS è stato integrato in un dimostratore modulare, un vero e proprio Set a Blocchi per l’Energy Harvesting che include:
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- Modulo di Illuminazione – Controlla LED alimentati da Oxhycell.
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- Modulo Audio – Riproduce suoni o segnali acustici.
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- Display Digitale e Orologio – Mostra informazioni e interagisce con altri moduli.
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- Modulo ALS – Il cuore del sistema per il rilevamento della luce ambientale.
Tutti questi moduli possono essere utilizzati indipendentemente o interconnessi, dimostrando il potenziale di Oxhycell in un’ampia gamma di applicazioni reali.
Limiti del Dimostratore
L’attuale dimostratore di sensori ALS alimentati da Oxhycell rappresenta un primo passo concreto verso sistemi autonomi di Energy Harvesting, ma presenta ancora alcune limitazioni tecniche e operative. Il principale vincolo riguarda la densità di potenza del Powercore Oxhy, che attualmente consente di alimentare il sistema solo a intervalli, con cicli di carica e scarica del condensatore. Questo potrebbe introdurre una latenza nell’acquisizione e trasmissione dei dati, che potrebbe essere ottimizzata per applicazioni che richiedono monitoraggi in tempo reale. Questo è legato al livello attuale di miniaturizzazione che si aggira intorno ai 20 mm3 per cella. Anche la durata degli attuali sistemi è un KPi che stiamo monitorando e che sarà massimizzato. Inoltre, la gestione dell’energia e il power management firmware necessitano di ulteriori ottimizzazioni per massimizzare l’efficienza della raccolta e dell’utilizzo dell’energia, soprattutto in condizioni di illuminazione ridotta.
Verso la Miniaturizzazione
Oxhy ha delineato una roadmap di sviluppo che prevede diverse fasi evolutive. A breve termine, il focus sarà sullo sviluppo di nuove versioni del Powercore Oxhy, con una maggiore densità di energia per volume e una capacità di erogazione di lunga durata. Questo sarà possibile grazie al processo di miniaturizzazione in corso e ai miglioramenti nei materiali e negli elettrodi, nonché grazie a una maggiore efficienza generale nel processo di estrazione dell’energia dall’infrarosso. Inoltre, a medio termine, la roadmap prevede test in ambienti reali e progetti pilota con partner industriali, per validare l’applicabilità della tecnologia in diversi scenari d’uso. In seguito, verrà potenziata l’interfaccia di comunicazione del sistema, per estendere l’integrazione a reti IoT e piattaforme cloud, favorendo una gestione più avanzata dei dati raccolti dai sensori ALS.
Questa roadmap segna il percorso verso una soluzione più performante, autonoma e integrabile, in grado di massimizzare il potenziale dell’Energy Harvesting con Oxhycell e di renderlo una tecnologia chiave per la sensoristica del futuro.
Verso un Futuro Senza Batterie
Il nostro dimostratore ALS alimentato da Oxhycell rappresenta un passo concreto verso un futuro in cui i dispositivi elettronici potranno funzionare senza dipendere da batterie o dalla rete elettrica. Questa tecnologia apre nuove possibilità in settori come:
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- Smart Home & Domotica – Sensori di luminosità, sicurezza e ambientali.
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- IoT Industriale – Monitoraggio ambientale e automazione senza cablaggi complessi.
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- Wearable Tech – Dispositivi indossabili alimentati in modo autonomo.
Grazie al supporto di Campania Startup (Progetto “CELLA OSSIDROELETTRICA” – CUP 868123005780007, POR FESR 2021/2027 – Avviso Pubblico Start-up 2023), siamo riusciti a trasformare una visione in una soluzione reale e funzionante. Questo, tuttavia, è solo l’inizio: il nostro obiettivo è sviluppare e scalare questa tecnologia per integrarla in soluzioni commerciali per il mondo dell’Energy Harvesting.
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