Utilizzando la tecnologia IoT per salvare il mondo

Affrontare la crisi di sostenibilità della Terra è urgente

Di fronte alla sfida di passare a un'economia globale sostenibile, l'umanità deve trovare modi per mantenere la capacità di sopravvivere, prosperare e svilupparsi senza esaurire le risorse naturali del pianeta. Attualmente, la temperatura media della Terra è in aumento. In un mondo che si riscalda di 2 gradi Celsius, ci saranno più ondate di calore, maggiore piovosità, riduzione dei raccolti e innalzamento del livello del mare, tutti fattori che minacceranno la sopravvivenza umana. È urgente prendere provvedimenti appropriati.

D'altra parte, dagli anni '80, l'industria elettronica si è sviluppata più velocemente di quasi qualsiasi altra industria. È diventata un importante contributore alle economie di alcuni paesi e un input significativo per la produzione industriale di molti altri paesi, senza segni di rallentamento della crescita. Questa crescita è attribuita alla crescente domanda di elettronica di consumo.

Tuttavia, mentre la diffusione dei prodotti elettronici ha migliorato la vita di molte persone, potrebbe anche generare relativamente più rifiuti elettronici. Pertanto, devono essere adottate nuove pratiche nella lavorazione, produzione, distribuzione, vendita al dettaglio, riparazione e riciclaggio per ridurre la produzione di rifiuti elettronici, con il riciclaggio che è fondamentale. Secondo le Nazioni Unite, attualmente, il 20% dei rifiuti elettronici viene riciclato con successo. L'organizzazione ha annunciato un piano per ridurre significativamente la generazione di rifiuti entro il 2030 attraverso la prevenzione, la riduzione, la riparazione, il riciclaggio e il riutilizzo.

L'IoT diventerà la piattaforma fondamentale per la tecnologia sostenibile

Mentre i consumatori e le aziende stanno cambiando le loro abitudini, proteggere il pianeta e le sue risorse per le future necessità richiede anche l'implementazione diffusa di nuove tecnologie. L'IoT diventerà la piattaforma fondamentale per la tecnologia sostenibile. Secondo un rapporto di Transforma Insights e 6GWorld, "Sostenibilità nelle Nuove e Emergent Technologies nel 2030," la costruzione dell'IoT aumenterà significativamente l'uso globale di elettricità da ora fino al 2030. La produzione di soluzioni abilitate all'IoT consumerà 112 milioni di metri cubi di acqua, e gli idrocarburi utilizzati per distribuire e implementare soluzioni IoT aumenteranno i costi.

Tuttavia, il rapporto Transforma conclude che gli impatti ambientali positivi delle applicazioni IoT renderanno i sacrifici iniziali completamente giustificati. Infatti, la tecnologia IoT genererà presto abbastanza risparmi da ripagare i costi energetici della sua fabbricazione e implementazione e, da quel momento in poi, risparmierà circa otto volte l'energia. Il rapporto afferma che entro il 2030, i dispositivi IoT risparmieranno anche quasi 230 miliardi di metri cubi di acqua, di cui il 35% derivante dal miglioramento delle operazioni della rete idrica e il resto da applicazioni agricole abilitate dall'IoT, come l'irrigazione intelligente.

I vantaggi dei big data sono considerati fondamentali anche per dimostrare l'impronta ambientale dell'IoT. Quando combinato efficacemente con applicazioni come il machine learning, l'IoT genererà grandi quantità di informazioni che aiutano individui e organizzazioni a comprendere meglio i loro costi energetici e a prendere decisioni ambientali informate. Inoltre, i principali benefici ecologici dell'IoT provengono principalmente da soluzioni aziendali che si manifestano tipicamente come riduzione del consumo di elettricità, abbassamento delle emissioni di carbonio o riduzione del consumo di carburante o acqua, come attraverso operazioni intelligenti della rete elettrica.

Guardando al futuro, il numero di sensori IoT wireless e cellulari potrebbe superare i 50 miliardi, molti dei quali saranno alimentati a batteria. Oltre ai problemi di manutenzione, queste batterie potrebbero anche compromettere la sostenibilità dell'IoT. Materiali rari come il litio devono essere estratti, le batterie devono essere prodotte e distribuite a livello globale, e poi c'è il problema significativo dello smaltimento sicuro delle batterie esaurite.

Le future soluzioni wireless saranno più efficienti, ampliando notevolmente la gamma di applicazioni che potranno raccogliere tutta la loro energia dall'ambiente. La prossima generazione di circuiti integrati per la gestione dell'energia (PMIC), specificamente progettata per i dispositivi di raccolta energetica, stabilizzerà la raccolta di energia variabile e giocherà un ruolo cruciale nel liberare i prodotti IoT dai vincoli delle batterie.

Soluzioni chip per soddisfare le esigenze dei dispositivi IoT

Per fornire completa funzionalità e gestione dell'energia per i dispositivi IoT, Nordic è dedicata a lanciare soluzioni correlate, inclusi system-on-chips (SoC), power management ICs, RF front-end modules (FEM), kit di sviluppo software e piattaforme di prototipazione per assistere i clienti nello sviluppo di dispositivi IoT.

Innanzitutto, l'nRF52832 è un versatile SoC Bluetooth 5.4 che supporta il Bluetooth Low Energy (BLE), il Bluetooth Mesh e l'NFC. L'nRF52832 è un SoC multiprotocollo ad uso generale che risponde alle sfide delle applicazioni che richiedono funzionalità avanzate di Bluetooth® Low Energy, concorrenza di protocollo e un ampio set di periferiche e funzionalità. Inoltre, fornisce ampio spazio di memoria per flash e RAM.

Il nRF52832 utilizza un multiprotocollo con piena concorrenza di protocollo. Supporta Bluetooth Low Energy, inclusa la trasmissione ad alta velocità di 2 Mbps. Bluetooth Mesh può funzionare simultaneamente con Bluetooth Low Energy, consentendo agli smartphone di effettuare il provisioning, commissionare, configurare e controllare i nodi della rete mesh. Supporta anche NFC, ANT e protocolli proprietari a 2,4 GHz.

L'nRF52832 è basato su una CPU Arm® Cortex™-M4 con un'unità a virgola mobile, operante a 64 MHz. Dispone di un tag NFC-A integrato per soluzioni di abbinamento e pagamento semplificate. Include numerose periferiche digitali e interfacce, come PDM e I2S per microfoni digitali e audio. Attraverso un sistema di gestione della potenza adattivo di precisione integrato, raggiunge un consumo energetico estremamente basso.

Il nPM1300 è un circuito integrato per la gestione dell'alimentazione (PMIC) con caratteristiche uniche di gestione del sistema. Il PMIC nPM1300 integra funzioni essenziali necessarie per i progetti embedded Bluetooth Low Energy in un piccolo pacchetto, semplificando la progettazione del sistema e consentendo tempi di funzionamento più lunghi e una ricarica efficiente della batteria con meno componenti.

Il nPM1300 è ottimizzato per la massima efficienza e dimensioni compatte e può essere configurato tramite un'interfaccia a due fili compatibile con I2C (TWI). Questa interfaccia consente un facile accesso e la configurazione di una gamma di funzioni avanzate di gestione del sistema, tra cui hard reset a due pulsanti, controllo del livello di carica della batteria, watchdog a livello di sistema, avviso di perdita di potenza e recupero da un avvio fallito.

Il nPM1300 PMIC è progettato per fornire un'efficiente regolazione di potenza per gli SoC delle serie nRF52 e nRF53 di Nordic, supportando protocolli wireless come Bluetooth Low Energy, LE Audio, Bluetooth mesh, Thread e Zigbee. Questo prodotto è una scelta ideale per prodotti IoT compatti avanzati, come dispositivi indossabili avanzati e applicazioni mediche portatili.

Il nPM1100 è un altro IC di gestione dell'energia ultra-compatto per la ricarica delle batterie e la fornitura di energia, dotato di un efficiente regolatore buck configurabile a doppia modalità e un caricabatterie integrato. È un componente complementare alla serie Nordic nRF52® e alla serie nRF53® SoCs, garantendo un'erogazione di potenza affidabile e un funzionamento stabile, massimizzando la durata della batteria grazie all'elevata efficienza e alla bassa corrente di quiescenza. La sua forma estremamente compatta lo rende ideale per dispositivi indossabili, dispositivi medici connessi e altre applicazioni con vincoli di spazio, con un'area PCB utilizzata pari a soli 23 mm2.

Questo caricabatterie integrato è progettato per batterie agli ioni di litio e ai polimeri di litio con una tensione di terminazione selezionabile di 4,1 o 4,2 V, supportando tensioni nominali di 3,6 e 3,7 V, rispettivamente. Dispone di protezione termica integrata della batteria e selezione automatica di tre modalità di ricarica: carica a goccia, carica a corrente costante e carica a tensione costante.

Il regolatore buck step-down ad alta efficienza integrato nel nPM1100 può fornire fino a 150 mA di corrente con tensioni di uscita selezionabili di 1.8, 2.1, 2.7 o 3.0 V. Offre avvio morbido e transizione automatica tra le modalità isteretica e PWM. Consente inoltre la modalità PWM forzata per garantire un funzionamento energetico pulito. L'efficienza di conversione è fino al 92% e l'ingombro è di soli 27 mm², inclusi i componenti passivi.

Il nRF21540 di Nordic è un modulo front-end RF (FEM) per estendere la portata di Bluetooth® Low Energy, Bluetooth® mesh, Thread, Zigbee e dei protocolli proprietari a 2,4 GHz. Il nRF21540 è un'estensione di gamma wireless "plug-and-play". Fornisce affidabilità di connessione robusta integrando un amplificatore di potenza (PA) e un amplificatore a basso rumore (LNA), rendendolo ideale per soluzioni wireless a corto raggio e a basso consumo energetico.

Il nRF21540 è un prodotto complementare che può essere utilizzato per migliorare il budget di collegamento di SoC wireless avanzati multi-protocollo delle serie nRF52 e nRF53. Quando viene utilizzato con SoC delle serie nRF52 o nRF53, la potenza di uscita TX di +20 dBm del nRF21540 RF FEM e il guadagno RX di 13 dB garantiscono un miglioramento eccellente del budget di collegamento di 16-20 dB. Ciò corrisponde a un aumento teorico della distanza di trasmissione da 6,3 a 10 volte.

Il nRF21540 è disponibile in un package 4x4 QFN16 e come supplemento al nRF21540 RF FEM. Nordic fornisce una scheda di sviluppo che può essere utilizzata per valutare le prestazioni del modulo RF front-end utilizzando apparecchiature di laboratorio e per valutare le sue prestazioni in applicazioni pratiche quando combinato con SoC serie nRF52 o nRF53. Le applicazioni principali progettate per il nRF21540 includono smart home, tracciamento degli asset, audio e applicazioni industriali.

Kit di sviluppo software per IoT scalabile e unificato e piattaforma di prototipazione

Per accelerare lo sviluppo dei prodotti dei clienti, Nordic ha lanciato anche il nRF Connect SDK (Software Development Kit), un insieme di strumenti per creare prodotti a bassa potenza Bluetooth, Wi-Fi, cellular IoT, Bluetooth Mesh, Thread, Zigbee e Matter.

Il nRF Connect SDK è un kit di sviluppo software scalabile e unificato progettato per la creazione di prodotti basati su tutti i dispositivi wireless delle serie Nordic nRF52, nRF53, nRF70 e nRF91. Fornisce agli sviluppatori un framework scalabile per costruire software ottimizzato per le dimensioni su dispositivi con vincoli di memoria, oltre a software potente e complesso per dispositivi e applicazioni più avanzati. Integra Zephyr RTOS insieme a vari esempi, protocolli applicativi, stack di protocolli, librerie e driver hardware.

Inoltre, Nordic ha introdotto la piattaforma di prototipazione IoT Thingy:53, rendendo possibile la creazione di prototipi e prove di concetto senza la necessità di hardware personalizzato. Thingy:53 è costruito attorno al SoC wireless dual-core di punta di Nordic nRF5340. La potenza di elaborazione e la capacità di memoria dei suoi processori dual Arm Cortex-M33 consentono di eseguire modelli di machine learning (ML) direttamente sul dispositivo.

Thingy:53 viene fornito anche con una varietà di sensori integrati, come sensori ambientali, sensori di colore e luce, accelerometri e magnetometri, tutti utilizzabili senza hardware aggiuntivo. È alimentato da una batteria ricaricabile Li-Po da 1350 mAh, che può essere caricata tramite un'interfaccia USB-C. Inoltre, dispone di un connettore JST esterno a 4 pin compatibile con gli standard Stemma/Qwiic/Groove per accessori hardware.

Conclusione

La tecnologia IoT sta trasformando il nostro mondo a una velocità e scala senza precedenti. Dalla costruzione di città intelligenti all'applicazione del monitoraggio ambientale e alla rivoluzione nel settore sanitario, IoT sta portando infinite possibilità alla società umana. Non solo migliora la nostra qualità della vita, ma gioca anche un ruolo chiave nell'affrontare le sfide globali. Attraverso la tecnologia agricola intelligente, possiamo utilizzare le risorse in modo più efficiente, ridurre gli sprechi e minimizzare l'inquinamento ambientale. Attraverso sistemi di trasporto intelligenti, possiamo alleviare la congestione e ridurre le emissioni di carbonio. Attraverso dispositivi di monitoraggio medico e sanitario a distanza, possiamo fornire servizi medici di qualità superiore e migliorare i livelli di salute pubblica. Le soluzioni applicative IoT lanciate da Nordic possono accelerare lo sviluppo dei prodotti IoT dei clienti, rendendole meritevoli di un vostro approfondimento e adozione.