無電池物聯網裝置興起 滿足多元應用需求

交通大學電子研究所教授陳柏宏。

過去幾年物聯網裝置以不可思議的速度成長，對人類生活帶來極大便利性。對於部署於特定位置的物聯網裝置，儘管裝置本身已有省電設計，但因部署位置難以更換電池，因此發展可從外部能源獲取電力的無電池物聯網裝置，成為全球積極投入的研發方向。

目前無電池物聯網裝置使用的外部能源，大致上可分成太陽能、溫差、震動，以及透過無線傳能等方式，搭配專屬的能源管理晶片，即可提供物聯網裝置適當的能源。在前述各種環境能源中，目前以太陽能發電最為成熟，除有光能取得容易的優點外，也有發電功率密度較高，可獲得較大能量的特性。溫度差發電雖然可獲得的能量較低，但適合運用於人體生理信號的感測，能量來源最終取決於應用模式與場景。

交通大學電子研究所教授陳柏宏說，採用無電池設計的感測裝置，除本身必須採用低功耗設計之外，也需屬於傳輸資料少、時間短的感測裝置。唯有如此，才能在絕大部分時間透過太陽能、溫差進行充電，並以低耗電狀態進行偵測和資料儲存，並於符合條件狀態下，於極短時間運用大電力傳輸資料。

平時儲存能源，重要時刻發送資料

無電池的物聯網裝置運用範圍非常廣泛，以物流管理為例，若倉儲本身照明設備提供足夠光源，加上物品標籤採用對應的設計，平時就藉由吸收能源記錄商品的保存狀況與內容資訊，並儲存多餘能源，當能量足夠後，可將完整產品資訊傳送至伺服器，有助於大幅提升物流管理效率與發貨速度。

另外，為掌握洗腎病人的健康狀況，目前亦有研發團隊將感測元件與軟性電路板整合，可貼在病人的手臂上。如此一來，只需搭配具備無線充電功能的手環，即可收集病人的健康狀況，對於後續精準治療將帶來極大幫助，也為智慧醫療帶來更多元的想像。

陳柏宏指出，以往受限於技術上限制，若要確保病人身上的健康偵測裝置能24小時運作，不是因內建電池導致產品體積過大，就是得定時為裝置進行充電，即便現在有小型行動電源可使用，仍然會讓病人感到非常不便。現在將感測元件與軟性電路板整合之後，幾乎讓病人感覺不到偵測裝置的存在，即便搭配無線充電功能的手環，也不會影響到日常生活，可順利收集24小時以上的生理資訊，對於改善洗腎病人生活有極大幫助。

除無電池設計之外，能源擷取技術亦可搭配充電電池，實現混合式供電架構。物聯網裝置平時可透過外部能源運作，並為電池進行充電，當外部能源不足時，則可改由內部電池供電，此舉也能有效延長電池使用時間。

儘管前述案例都尚處於技術驗證階段，未來若能進入商業化應用，將可解決物聯網裝置的電源供應問題，可望擴大物聯網應用範疇，為人類創造更棒的智慧生活。