助推雙碳計劃，無源技術或成為下一個萬億藍海
近期，深圳市科技創(chuàng)新委員會披露了《深圳市科技創(chuàng)新"十四五"規(guī)劃》相關內(nèi)容。規(guī)劃中明確了“20+8”技術主攻方向，即圍繞深圳七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及20個產(chǎn)業(yè)集群和八大未來產(chǎn)業(yè)開展技術攻關。其中，七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)就提到要在新型傳感器領域開展技術攻關。
作為智能制造關鍵的感知技術，傳感器已經(jīng)逐漸進入小型化、智能化和滿足低碳需求的研發(fā)階段。尤其是在近幾年雙碳政策的驅動下，越來越多的下游廠商也開始重視相關技術的應用。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，各大廠商也開始后關注無源技術。
雖然無源技術目前更多還是應用于智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧交通等物聯(lián)網(wǎng)場景，但是在工業(yè)領域發(fā)展無源技術的應用場景也是趨勢所向。
何為無源？
無源技術顧名思義也就是沒有電源、能量源，與承載網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡和無源波分的無源概念類似。因為包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)領域的部分場景對于低功耗的需求較為旺盛，加上雙碳計劃的逐步推行，目前無源技術應用較為熱門領域主要是集中在物聯(lián)網(wǎng)領域，可以稱為“無源物聯(lián)網(wǎng)”。
需要指出的是，無源物聯(lián)網(wǎng)并不是網(wǎng)絡無源，而是終端節(jié)點無源，也就是說接入網(wǎng)絡終端節(jié)點設備不帶電源線和電池。但是芯片、傳感器、模組等節(jié)點設備始終都是要用電來收發(fā)信號的，所以準確來說這種無源技術實際上是需要獲取外部能量，例如太陽能、動能、熱能等，而且在智慧路燈、共享單車等領域已經(jīng)開始應用上述能源形式。
但是，今天所被熱議的無源物聯(lián)網(wǎng)更多的是指基于無線電磁能量捕捉技術，這項技術是通過互聯(lián)互通的終端利用采集網(wǎng)絡側發(fā)射過來的無線電波，捕捉和收集能量。
以這種技術實現(xiàn)無源應用其實早已成熟，在工業(yè)和物流場景中已經(jīng)大量應用，那就是RFID(射頻識別)技術。簡單來說，當標簽靠近閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，產(chǎn)生感應電流，獲得能量。通過這點能量，標簽發(fā)送信息，實現(xiàn)與閱讀器的通信。
不僅是RFID，在藍牙、WiFi等重要通信技術領域上，很多學術機構都已經(jīng)做出相關技術模型。美國華盛頓大學電子工程學院層表示，通過對射頻信號的反射調制技術，可以實現(xiàn)無源設備供電和傳輸數(shù)據(jù)。他們正在研發(fā)除了Passive WiFi的無源技術，并進一步將該技術用于LoRa中，實現(xiàn)數(shù)百米長距離無源節(jié)點傳輸。
2021年8月，華為常務董事、ICT產(chǎn)品與解決方案總裁汪濤也曾在會議上提出了面向5.5G的無源物聯(lián)網(wǎng)設想，希望5G網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)無源物聯(lián)網(wǎng)。
概念先行，挑戰(zhàn)仍存
其實關于無源物聯(lián)網(wǎng)的研究尚屬早期，相關技術仍有很多缺點和痛點尚未解決。
1.能量震蕩性，能量不再是單一的由高至低的靜態(tài)變化趨勢，因為環(huán)境能量不斷變化，所以呈現(xiàn)出的將是時高時低的動態(tài)狀態(tài)。
2.節(jié)點失衡性，無源物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點中能源獲取存在隨機性和不穩(wěn)定性，整個網(wǎng)絡中能量分布可能并不均衡，也會導致每個節(jié)點的差異。
3.能源受限性，無源物聯(lián)網(wǎng)獲取能量的方式不同，采集的環(huán)境能量其實非常微弱，一般在納瓦(nW)到微瓦(μW)級。
4.連接脆弱性，當某些節(jié)點的能量低于一定程度時，這些節(jié)點會成為孤立節(jié)點，導致網(wǎng)絡不連通。
另外，在嚴苛環(huán)境下的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、低成本高容量的物流倉儲場景等特殊應用中，仍會面臨較大挑戰(zhàn)。
根據(jù)IDC、Gatner等機構的預測，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成熟之際，將會需要416億塊電池來提供所有在線物聯(lián)網(wǎng)設備收集、分析和發(fā)送數(shù)據(jù)所需的能量，這也引起了一場能源挑戰(zhàn)。
但是，目前來看，各應用場景互聯(lián)互通設備的連接數(shù)并不及預期，而且機構對于全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)的預期也在不斷下調。筆者認為，這種情況的發(fā)生有一部分原因要歸結于背后供電方案表現(xiàn)出的問題，無法完全滿足實際場景應用，主要表現(xiàn)為：供電問題導致的系統(tǒng)風險、維護成本與人力成本在持續(xù)走高、使用場所有限、不利于雙碳政策落地、布線復雜等。
因此，很大一部分的物聯(lián)網(wǎng)終端需要一種新的、可持續(xù)供電解決方案，而無源物聯(lián)網(wǎng)也就是解題的根本，因為無源物聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)能量的自給自足、極低的維護成本以及極低的持有成本。
另一方面，無源物聯(lián)網(wǎng)和無源技術的興起，實際上是全球思維轉變的正向反饋，即從制造更多能源到使用更少、利用周圍環(huán)境能源。從北美制定6G的組織Next G Alliance為例，其聚焦于研發(fā)、制造、標準化和市場等多個面向，并積極制定6G國家路線圖，確立6G技術核心優(yōu)先事項。從公開信息得知，該組織也正在將無源的特點加入其6G規(guī)劃路線中。
從應用場景來看，無源技術行業(yè)應用的想象空間是巨大的，幾乎涉及到物聯(lián)網(wǎng)的所有行業(yè)皆可應用。例如能源行業(yè)的智能水表、智能氣表、智能電表等產(chǎn)品通過搭載無源模組，可實現(xiàn)無源化監(jiān)測及實時預警，具備成本低、部署快、免維護的特點。物流行業(yè)的集裝箱、快遞包裹等產(chǎn)品通過搭載無源微型傳感器，可以感知一系列物理和環(huán)境數(shù)據(jù),并將信息傳輸至網(wǎng)關、手機或支持低功耗藍牙(BLE)的設備上,供管理平臺參考使用。
無論是雙碳推行還是各大物聯(lián)網(wǎng)場景需求，無源技術都將會成為下一個藍海市場。不過，無源技術仍然處于早期階段，與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展類似，將會根據(jù)具體場景進行技術和項目落地。
