Usar tecnología IoT para salvar el mundo

Abordar la crisis de sostenibilidad de la Tierra es urgente

A medida que la humanidad enfrenta el desafío de transitar hacia una economía global sostenible, debe encontrar formas de mantener la capacidad de sobrevivir, prosperar y desarrollarse sin agotar los recursos naturales del planeta. Actualmente, la temperatura media de la Tierra está aumentando. En un mundo que se calienta 2 grados Celsius, habrá más olas de calor, aumento de las precipitaciones, disminución de los rendimientos de los cultivos y aumento del nivel del mar, todo lo cual amenazará la supervivencia humana. Tomar medidas adecuadas es urgente.

Por otro lado, desde la década de 1980, la industria electrónica se ha desarrollado más rápido que casi cualquier otra industria. Se ha convertido en un importante contribuyente a las economías de algunos países y un insumo principal para la producción industrial de muchos otros países, sin señales de desaceleración del crecimiento. Este crecimiento se atribuye a la creciente demanda de productos electrónicos de consumo.

Sin embargo, aunque la prevalencia de los productos electrónicos ha mejorado la vida de muchas personas, también puede generar relativamente más residuos electrónicos. Por lo tanto, se deben adoptar nuevas prácticas en el procesamiento, fabricación, distribución, venta, reparación y reciclaje para reducir la producción de residuos electrónicos, siendo el reciclaje clave. Según las Naciones Unidas, actualmente se recicla con éxito el 20% de los residuos electrónicos. La organización ha anunciado un plan para reducir significativamente la generación de residuos para 2030 a través de la prevención, reducción, reparación, reciclaje y reutilización.

El IoT se convertirá en la plataforma fundamental para la tecnología sostenible

Si bien los consumidores y las empresas están cambiando sus hábitos, proteger el planeta y sus recursos para futuras necesidades también requiere el despliegue generalizado de nuevas tecnologías. El IoT se convertirá en la plataforma fundamental para la tecnología sostenible. Según un informe de Transforma Insights y 6GWorld, "Sustainability in New and Emerging Technologies In 2030," la construcción del IoT aumentará significativamente el uso global de electricidad de ahora hasta 2030. La fabricación de soluciones habilitadas para IoT consumirá 112 millones de metros cúbicos de agua, y los hidrocarburos utilizados para distribuir y desplegar soluciones IoT aumentarán los costos.

Sin embargo, el informe de Transforma concluye que los impactos ambientales positivos de las aplicaciones de IoT harán que los sacrificios iniciales valgan completamente la pena. De hecho, la tecnología IoT pronto generará suficientes ahorros para compensar los costos de energía de su fabricación y despliegue, y a partir de ese momento, ahorrará aproximadamente ocho veces la energía. El informe indica que para 2030, los dispositivos IoT también ahorrarán cerca de 230 mil millones de metros cúbicos de agua, con un 35% proveniente de mejoras en las operaciones de la red de agua y el resto de aplicaciones agrícolas habilitadas por IoT, como el riego inteligente.

Se espera que los beneficios del big data también sean clave para demostrar la huella ambiental del IoT. Cuando se combina eficazmente con aplicaciones como el aprendizaje automático, el IoT generará grandes cantidades de información que ayudarán a individuos y organizaciones a comprender mejor sus costos de energía y tomar decisiones ambientales informadas. Además, los principales beneficios ecológicos del IoT provienen principalmente de soluciones empresariales que generalmente se manifiestan como reducción del consumo de electricidad, disminución de emisiones de carbono o reducción del consumo de combustible o agua, tal como a través de operaciones de redes eléctricas inteligentes.

Mirando hacia el futuro, el número de sensores IoT inalámbricos y celulares podría superar los 50 mil millones, muchos de los cuales estarán alimentados por baterías. Más allá de los problemas de mantenimiento, estas baterías también podrían socavar la sostenibilidad del IoT. Materiales raros como el litio deben ser extraídos, las baterías deben ser fabricadas y distribuidas globalmente, y luego está el problema significativo de desechar de manera segura las baterías agotadas.

Las soluciones inalámbricas del futuro serán más eficientes, ampliando enormemente la gama de aplicaciones que pueden obtener toda su energía del medio ambiente. La próxima generación de circuitos integrados de gestión de energía (PMIC), específicamente diseñados para dispositivos de recolección de energía, estabilizará la recolección de energía variable y desempeñará un papel crucial en liberar a los productos IoT de las restricciones de las baterías.

Soluciones de chips para satisfacer las necesidades de dispositivos IoT

Para proporcionar funcionalidad completa y gestión de energía para dispositivos IoT, Nordic se dedica a lanzar soluciones relacionadas, incluyendo sistemas en chip (SoCs), ICs de gestión de energía, módulos front-end de RF (FEMs), kits de desarrollo de software y plataformas de construcción de prototipos para asistir a los clientes en el desarrollo de dispositivos IoT.

Primero, el nRF52832 es un versátil SoC Bluetooth 5.4 que soporta Bluetooth Low Energy (BLE), Bluetooth Mesh y NFC. El nRF52832 es un SoC multiprotocolo de propósito general que cumple con los desafíos de aplicaciones que requieren funcionalidad avanzada de Bluetooth® Low Energy, concurrencia de protocolos, y un conjunto rico de periféricos y características. Además, proporciona una amplia memoria para flash y RAM.

El nRF52832 utiliza un multiprotocolo con concurrencia completa de protocolos. Soporta Bluetooth Low Energy, incluyendo transmisión de alta velocidad de 2 Mbps. Bluetooth Mesh puede funcionar simultáneamente con Bluetooth Low Energy, permitiendo que los teléfonos inteligentes puedan aprovisionar, poner en marcha, configurar y controlar nodos de la red malla. También soporta NFC, ANT, y protocolos propietarios de 2.4 GHz.

El nRF52832 está basado en una CPU Arm® Cortex™-M4 con una unidad de punto flotante, operando a 64 MHz. Tiene una etiqueta NFC-A integrada para soluciones de emparejamiento y pago simplificadas. Incluye numerosos periféricos digitales e interfaces, como PDM e I2S para micrófonos digitales y audio. A través de un sistema de gestión de energía adaptativa de alta precisión en chip, logra un consumo de energía extremadamente bajo.

El nPM1300 es un circuito integrado de gestión de energía (PMIC) con características únicas de gestión del sistema. El PMIC nPM1300 integra funciones esenciales necesarias para diseños integrados de Bluetooth Low Energy en un paquete pequeño, simplificando el diseño del sistema y permitiendo tiempos de operación más largos y una carga de batería eficiente con menos componentes.

El nPM1300 está optimizado para máxima eficiencia y tamaño compacto y puede configurarse a través de una interfaz compatible con I2C de dos cables (TWI). Esta interfaz permite un fácil acceso y configuración de una gama de funciones avanzadas de gestión del sistema, incluyendo el reinicio forzado con dos botones, medición de combustible de la batería, perro guardián a nivel del sistema, advertencia de pérdida de energía y recuperación de un inicio fallido.

El nPM1300 PMIC está diseñado para proporcionar una regulación de energía eficiente para los SoCs de las series nRF52 y nRF53 de Nordic, compatibles con protocolos inalámbricos como Bluetooth Low Energy, LE Audio, Bluetooth mesh, Thread y Zigbee. Este producto es una opción ideal para productos IoT avanzados y compactos, como dispositivos portátiles avanzados y aplicaciones médicas portátiles.

El nPM1100 es otro circuito integrado de gestión de energía de formato ultra-pequeño para cargar baterías y suministro de energía, que presenta un regulador buck configurable de modo dual eficiente y un cargador de batería integrado. Es un componente complementario de las series nRF52® y nRF53® de Nordic, garantizando una entrega de energía confiable y operación estable, mientras maximiza la duración de la batería a través de alta eficiencia y bajo consumo de corriente en reposo. Su factor de forma extremadamente compacto lo hace ideal para dispositivos portátiles, dispositivos médicos conectados y otras aplicaciones con restricciones de tamaño, con un uso de área de PCB tan pequeño como 23 mm2.

Este cargador de batería integrado está diseñado para baterías de iones de litio y polímero de litio con un voltaje de terminación seleccionable de 4,1 o 4,2 V, admitiendo voltajes nominales de 3,6 y 3,7 V, respectivamente. Cuenta con protección térmica de la batería incorporada y selección automática de tres modos de carga: carga de mantenimiento, carga de corriente constante y carga de voltaje constante.

El regulador reductor de alta eficiencia incorporado en el nPM1100 puede proporcionar hasta 150 mA de corriente con voltajes de salida seleccionables de 1.8, 2.1, 2.7, o 3.0 V. Cuenta con un arranque suave y una transición automática entre modos histéricos y PWM. También permite el modo PWM forzado para garantizar una operación de energía limpia. La eficiencia de conversión es de hasta 92%, y la huella es solo de 27 mm2, incluyendo componentes pasivos.

El nRF21540 de Nordic es un módulo front-end de RF (FEM) para extender el rango de Bluetooth® Low Energy, Bluetooth® mesh, Thread, Zigbee y protocolos propietarios de 2.4 GHz. El nRF21540 es un extensor de rango inalámbrico "plug-and-play". Proporciona una fiabilidad de conexión robusta al integrar un amplificador de potencia (PA) y un amplificador de bajo ruido (LNA), lo que lo hace ideal para soluciones inalámbricas de corto alcance y bajo consumo.

El nRF21540 es un producto complementario que se puede utilizar para mejorar el presupuesto de enlace de los SoCs inalámbricos multiprotocolo avanzados de las series nRF52 y nRF53. Cuando se usa con SoCs de las series nRF52 o nRF53, la potencia de salida TX de +20 dBm y la ganancia RX de 13 dB del nRF21540 RF FEM aseguran una excelente mejora del presupuesto de enlace de 16-20 dB. Esto corresponde a un aumento teórico de la distancia de transmisión de 6.3 a 10 veces.

El nRF21540 viene en un paquete QFN16 de 4x4 y como complemento del nRF21540 RF FEM. Nordic ofrece una placa de desarrollo que se puede utilizar para evaluar el rendimiento del módulo frontal RF utilizando equipos de laboratorio y evaluar su rendimiento en aplicaciones prácticas cuando se combina con SoCs de la serie nRF52 o nRF53. Las aplicaciones principales orientadas al nRF21540 incluyen hogar inteligente, seguimiento de activos, audio y aplicaciones industriales.

Plataforma de prototipado y kit de desarrollo de software IoT escalable y unificado

Para acelerar el desarrollo de productos de los clientes, Nordic también ha lanzado el nRF Connect SDK (Software Development Kit), un conjunto de herramientas para construir productos de Bluetooth de bajo consumo, Wi-Fi, IoT celular, Bluetooth Mesh, Thread, Zigbee, y Matter.

El nRF Connect SDK es un kit de desarrollo de software escalable y unificado diseñado para crear productos basados en todos los dispositivos inalámbricos de las series nRF52, nRF53, nRF70 y nRF91 de Nordic. Proporciona a los desarrolladores un marco escalable para crear software optimizado en tamaño para dispositivos con limitaciones de memoria, así como software potente y complejo para dispositivos y aplicaciones más avanzados. Integra Zephyr RTOS junto con varios ejemplos, protocolos de aplicación, pilas de protocolos, bibliotecas y controladores de hardware.

Además, Nordic ha introducido la plataforma de prototipos IoT Thingy:53, que permite construir prototipos y pruebas de concepto sin necesidad de hardware personalizado. Thingy:53 está construida alrededor del SoC inalámbrico de doble núcleo insignia de Nordic, nRF5340. La potencia de procesamiento y la capacidad de memoria de sus procesadores duales Arm Cortex-M33 le permiten ejecutar modelos de aprendizaje automático (ML) embebidos directamente en el dispositivo.

Thingy:53 también viene equipado con una variedad de sensores integrados, como sensores ambientales, sensores de color y luz, acelerómetros y magnetómetros, todos los cuales se pueden usar sin hardware adicional. Funciona con una batería recargable Li-Po de 1350 mAh, que se puede cargar a través de una interfaz USB-C. Además, tiene un conector JST externo de 4 pines compatible con los estándares Stemma/Qwiic/Groove para accesorios de hardware.

Conclusión

La tecnología IoT está transformando nuestro mundo a una velocidad y escala sin precedentes. Desde la construcción de ciudades inteligentes hasta la aplicación del monitoreo ambiental y la revolución en el cuidado de la salud, IoT está trayendo posibilidades infinitas a la sociedad humana. No solo mejora nuestra calidad de vida, sino que también juega un papel clave en abordar los desafíos globales. A través de la tecnología de agricultura inteligente, podemos utilizar los recursos de manera más eficiente, reducir el desperdicio y minimizar la contaminación ambiental. A través de sistemas de transporte inteligente, podemos aliviar la congestión y reducir las emisiones de carbono. A través de dispositivos de monitoreo médico y de salud remotos, podemos proporcionar servicios médicos de mayor calidad y mejorar los niveles de salud pública. Las soluciones de aplicación IoT lanzadas por Nordic pueden acelerar el desarrollo de productos IoT para los clientes, haciéndolas valiosas para que usted las entienda y adopte más.