Des dispositifs portables intelligents qui n’ont jamais besoin d’être rechargés
Les montres intelligentes et les dispositifs de suivi de la condition physique sont déjà très répandus, mais le développement d’autres dispositifs portables qui doivent utiliser des données en temps réel et peuvent communiquer sans fil, par exemple dans les domaines de la santé et du sport, pourrait être limité par la durée de vie des batteries. «L’alimentation en énergie des dispositifs portables est probablement le défi le plus important parmi les goulots d’étranglement technologiques», explique Matthias Fahland, coordinateur du projet Smart2Go, chef de département à l’Institut Fraunhofer pour l’électronique organique, la technologie du faisceau d’électrons et du plasma à Dresde, en Allemagne. Une plateforme autonome d’alimentation en énergie élimine le besoin de recharge. «Le projet a mis au point une unité de stockage d’énergie – essentiellement une batterie lithium-ion – sous la forme d’une bande ultrafine, légère et pliable, qui peut s’adapter à la forme et aux exigences du dispositif portable», explique-t-il. Elle est connectée à un dispositif de collecte d’énergie et à des supercondensateurs de stockage d’énergie via des interfaces, des connecteurs et des capteurs spéciaux, tels que des capteurs piézoélectriques qui mesurent les changements de pression, d’accélération et de température, ou des capteurs et technologies de la lumière. «Elle comprend également une unité de communication, permettant au client de surveiller non seulement le flux d’énergie, mais également toute donnée liée à l’application», ajoute-t-il.
Applications testées
La plateforme a été testée avec deux produits différents développés par les partenaires du consortium. Il s’agit d’un ski intelligent sensible à la pression qui enregistre la courbure et la déviation du ski lorsqu’il évolue sur la neige, par le biais de capteurs et d’autres moyens de mesurer les changements. Cela a permis d’obtenir des informations sur la performance et la qualité des virages et présente un potentiel de rétroaction en temps réel sur l’ajustement et sur l’analyse des blessures. La solution a également été testée sur une veste de sécurité intelligente qui intègre un éclairage et d’autres technologies destinées à une utilisation dans des environnements extrêmes, notamment le froid extrême, la neige et la pluie, et sur un sac à dos intelligent conçu pour transporter des équipements électroniques, qui intègre des cellules solaires sur le dessus et un câblage à l’intérieur du sac. Les dispositifs médicaux intelligents tels que ceux développés dans le cadre des projets financés par l’UE, WEARPLEX et SocketSense, le suivi à vie des animaux sauvages, les étiquettes intelligentes pour les emballages et les pièces de machine actives permettant de détecter les dysfonctionnements en temps réel, sont autant d’autres applications potentielles.
Une plateforme flexible mais normalisée pour différentes applications
Une caractéristique particulière de la plateforme est la normalisation des interfaces afin de pouvoir l’adapter à différents usages et produits, explique Matthias Fahland. Elle a été délibérément conçue de manière à ce que certains éléments puissent être facilement remplacés pour servir des produits de niche ou de nouvelles approches en cours de développement dont le volume de marché est limité mais qui nécessitent un approvisionnement en énergie durable et efficace à partir d’une source mobile. Mais cela a également constitué un défi majeur. «Le travail d’ingénierie requis pour adapter cette batterie évolutive à de nouvelles applications complètement différentes n’a pas été facile», explique Matthias Fahland. Il souligne que la batterie en bande doit non seulement s’adapter à n’importe quelle forme et à différents câblages, connecteurs et agencements, mais qu’elle doit également être testée en profondeur dans chaque application pour en garantir la fiabilité.
Technologies des collecteurs d’énergie
«Le type de collecteur d’énergie ou de source d’alimentation par batterie peut également être modifié, ce qui augmente encore la variabilité de la plateforme», fait-il remarquer. Le projet a utilisé un collecteur d’énergie photovoltaïque organique (OPV) avancé d’un membre du consortium, déjà producteur établi, capable d’améliorer l’efficacité des cellules solaires pendant le projet et de produire différentes formes de cellules. Une deuxième source d’énergie, à un stade de développement plus précoce, consistait en un collecteur thermoélectrique qui utilise la chaleur du corps pour alimenter des dispositifs à basse tension tels que des capteurs et des moniteurs de température incorporés dans les vêtements et les équipements. «Le niveau de préparation technique était plus faible au début du projet. Néanmoins, le partenaire est parvenu à connecter un module entièrement flexible à la plateforme», déclare Matthias Fahland.
Mots‑clés
Smart2Go, dispositifs de suivi de la condition physique, dispositifs portables, énergie, batterie, autonomie de la batterie, collecteur d’énergie, ski, WEARPLEX, OPV, photovoltaïque, énergie, cellules solaires, capteurs piézoélectriques
