Plus jamais de changement de piles ou de recharge de batterie ? Ericsson et le Massachusetts Institute of Technology (MIT) se sont associés pour développer des techniques de captation d’énergie de l’environnement pour l’Internet des objets (IoT). Par nature, l' »energy harvesting » ne produit que très peu d’énergie, et d’autres groupes de recherche ont déjà tenté de percer ce secret. Les partenaires créent maintenant un autre terme, « Zero-Energy-Devices », en se concentrant sur les appareils et les réseaux de téléphonie mobile pour les applications industrielles.

Pour les réseaux 4G et 5G, diverses spécifications sont déjà écrites et en partie mises en œuvre pour une exploitation radio peu gourmande (Massive Machine-type Communication, par exemple pour le relevé à distance des compteurs). L’Internet des objets à bande étroite (NB-IoT) et le LTE pour les machines (LTE-M) sont conçus pour des débits de données de quelques centaines de kilobits par seconde et peuvent fonctionner jusqu’à dix ans avec une pile bouton dans des conditions optimales.

Néanmoins, l’approche n’est pas rentable si l’on doit changer régulièrement les piles de dizaines de milliers d’appareils. De plus, la durée de vie des piles dépend de la longueur des intervalles d’émission et de réception : elle diminue considérablement lorsqu’un appareil NB-IoT ou LTE-M communique toutes les quelques minutes.

Ericsson décrit dans un article de blog les défis auxquels sont confrontés les appareils « zéro énergie » qui doivent fonctionner sans batterie. Ils tirent l’énergie nécessaire à leur fonctionnement de l’environnement – des vibrations, de la lumière, des gradients de température ou des ondes à haute fréquence, comme celles émises par les émetteurs de télévision et les stations de base de téléphonie mobile. Ils la collectent certes, mais Ericsson ne s’exprime pas sur la méthode de stockage.

Où se situe la limite énergétique ?

De tels modules radio pourraient être placés dans des paquets d’expédition afin de simplifier la gestion des stocks et de signaler, par exemple, la température ou l’humidité à l’intérieur de l’emballage. Un autre scénario serait la surveillance de paramètres environnementaux sur des sites éloignés.

Jusqu’à présent, les méthodes de récolte d’énergie ne prélevaient souvent que quelques microwatts dans l’environnement, ce qui est bien inférieur aux besoins des appareils économiques actuels. Même les émetteurs-récepteurs les plus économiques ont besoin d’une énergie de l’ordre du milliwatt.

Le faible niveau d’énergie entraîne une limite supérieure pour la quantité de données pouvant être transmises. Certes, elle dépend fortement de la distance radio et des conditions, mais elle n’est généralement que de quelques octets. Une astuce pour s’en sortir avec la réserve d’énergie limitée est d’émettre moins souvent. Mais comme la disponibilité de l’énergie et la qualité du canal de transmission varient au cours de la journée ou de l’année, les appareils ne sont en principe disponibles que de manière sporadique. C’est pourquoi de toutes nouvelles spécifications de la couche de transmission physique sont nécessaires.

L’authentification et le cryptage constituent d’autres défis majeurs. Selon Ericsson, la consommation d’énergie nécessaire au cryptage de l’identité de l’appareil (IMSI) nécessite à elle seule, pour les appareils NB-IoT actuels, autant d’énergie que les techniques actuelles de récolte d’énergie ne recueillent qu’en quelques jours. C’est pourquoi Ericsson et le MIT veulent développer de nouveaux mécanismes de sécurité plus efficaces sur le plan énergétique. Il faut également des circuits entièrement nouveaux, capables de supporter les faibles quantités d’énergie.

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