شبكة «إنترنت الأشياء» أقل تكلفة وأكثر استدامة

باحثو «كاوست» يطورون إلكترونيات لاسلكية لها

يمكن للإلكترونيات التي تعمل لاسلكياً أن تجعل تقنية «إنترنت الأشياء» أكثر صداقة للبيئة (هينو هوانغ)

يقترح فريق دولي تقوده جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) أنّ الأشكال الناشئة من جهاز رقيق الغشاء يعتمد على مواد أشباه الموصّلات البديلة، مثل: المواد العضوية القابلة للطباعة، وتشكيلات الكربون النانوية، وأكاسيد المعادن - قد تسهم في الوصول إلى شبكة «إنترنت الأشياء» أقل تكلفة اقتصادياً وأكثر استدامة بيئيّاً.
ومما لا شك فيه أن «إنترنت الأشياء» أصبح له تأثير هائل على حياتنا اليومية، إضافة إلى العديد من الصناعات؛ إذ إنّه يعمل على ربط وتسهيل تبادل البيانات بين أجهزة ذكية مختلفة الأشكال والأحجام عبر الإنترنت، وشبكات الاتصال والاستشعار الأخرى. ومن أمثلة هذه الأجهزة: جهاز التحكُّم عن بعد لأنظمة الأمن المنزلي، والسيارات ذاتية القيادة المتصلة بأجهزة استشعار تستكشف الحواجز على الطريق، وأجهزة مراقبة درجات حرارة معدّات المصنع.
ولنا أن نعلم بأن هذه الشبكة الفائقة ذات النمو المتسارع من المتوقع أن تصل لتريليونات من الأجهزة بحلول العقد المقبل، وزيادة عدد عُقد الاستشعار المنتشرة في أنظمتها. وتعد عُقد الاستشعار من المكونات الرئيسية لشبكة الاستشعار اللاسلكية WSN، التي تكمن وظيفتها في: الحصول على البيانات من أجهزة استشعار مختلفة، والتخزين المؤقت، والتخزين المؤقت لبيانات أجهزة الاستشعار، ومعالجة البيانات، والاختبار الذاتي والمراقبة؛ واستقبال حزم البيانات وإرسالها وتحويلها، وتنسيق مهام التشبيك.
وتعتمد الطرق الحالية التي تمدّ عُقَد الاستشعار بالطاقة على تقنية البطارية، لكنّ هذه البطاريات تحتاج إلى استبدالها بشكل منتظم، كما أنّ هذه الطريقة مكلفة وتضر البيئة بمرور الوقت، وربما ينفد الإنتاج العالمي لليثيوم المستخدم في مواد البطاريات؛ بسبب الطلب المتزايد على الطاقة لتزايد عدد أجهزة الاستشعار.
وستسهم عُقَد الاستشعار التي تعمل بالطاقة اللاسلكية في الوصول إلى «إنترنت الأشياء» المستدام، وذلك من خلال سحب الطاقة من البيئة عبر ما يُعرف بـ«حَصَادَات الطاقة»، مثل الخلايا الكهروضوئية، وحصادات طاقة التردد اللاسلكي (RF)، من بين تقنيات أخرى. وربما تكون الإلكترونيات ذات المساحة الكبيرة (LAE)، المفتاح الرئيسي لتطوير مصادر الطاقة. وتعد الإلكترونيات ذات المساحة الكبيرة (LAE) تقنية ناشئة وواعدة لتصنيع الأجهزة الإلكترونية، مثل الطباعة أو الطباعة الحجرية (ليثوغرافية) على نطاق واسع.
وبرزت هذه التقنية أخيراً كبديل مبشّر للتقنيات التقليدية القائمة على استخدام السليكون بفضل التطوّر الهائل المعالجة والطباعة المبنيين على الإذابة solution - based processin. وهذه المعالجة جعلت من السهل طباعة الأجهزة والدوائر الإلكترونية بشكل مرن على ركائز أكبر مساحة، حيث يمكن إنتاجها في درجات حرارة منخفضة، وعلى ركائز قابلة للتحلل كالورق؛ مما يجعلها أكثر صداقة للبيئة من القائمة على استخدام السليكون.
ويدرس كل من الدكتور كالايفنان لوجانثان، بالتعاون مع البروفسور توماس أنثوبولوس، أستاذ هندسة وعلوم المواد في «كاوست»، وزملاؤهما، قابلية تطبيق عدد متنوّع من التقنيات الإلكترونية ذات المساحة الكبيرة، وإمكانية توفيرها لأجهزة استشعار لاسلكية ونظيفة لـ«إنترنت الأشياء».
وعمل فريق أنثوبولوس، على مرّ السنين، على تطوير مكونات نطاق التردد اللاسلكي للإلكترونيات، بما في ذلك أكسدة المعدن، والبوليمر العضوي القائم على أجهزة أشباه الموصّلات والمعروفة بـ«ثنائي شوتكي».
ويوضّح لوجاناثان بقوله: «إن هذه الأجهزة ذات عناصر أساسية في حصادات الطاقة اللاسلكية، وتخبرنا في النهاية عن الأداء، وتكلفة عُقد الاستشعار».
وتشمل مساهمات فريق «كاوست» الرئيسية على إتاحة طرق متطوّرة لتصنيع ثنائيات الترددات اللاسلكية لتجميع الطاقة وصولاً إلى نطاق واسع لتردد الجيل الخامس (5G) والجيل السادس (6G)، ويشير أنثوبولوس إلى أنَّ «هذه التقنيات تمثل حجر الأساس المطلوب لطريقة أكثر استدامة لإمداد مليارات عُقد الاستشعار بالطاقة في المستقبل القريب».
ويضيف لوجاناثان: «يعمل الفريق على دراسة التكامل الأحادي للأجهزة ذات الطاقة المنخفضة، مع الهوائي وأجهزة الاستشعار لاستكشاف إمكاناتها الحقيقية».