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自帶電源的海洋IoT 京瓷公開智慧浮標實驗成果

引進洋流發電,京瓷讓海洋無線通訊測量浮標直徑縮到10分之1,可憑價廉優勢,組網研究通訊與發電。圖為智慧浮標的水平型(左)與垂直型(右)。京瓷

相較於不穩定的風力發電、及日落後不能用的太陽能發電,洋流與潮汐發電被認為是相對穩定的再生能源,但目前海洋觀測網仍遠不及氣象觀測網的狀況下,實際的潮汐發電系統不會比太陽能與風力好;其他如漁業、海底礦業、海洋氣象地震研究等,也大同小異,缺乏觀測下的開發,等於簽樂透。

因此,為了強化海洋相關開發,以及強化洋流與潮汐發電的應用,日本長崎大學(Nagasaki University)與零組件大廠京瓷(Kyocera)合作,在2021年提出一項系統,以洋流發電提供電力的海洋用IoT設備:智慧浮標(Smart Buoy),並公開實驗成果,證實一定條件下電力能自給自足,且能穩定回傳即時資料。

京瓷2021年7月公布的智慧浮標有2款,發電用螺旋槳與感測器水平分離於浮標下方的水平型、以及感測器與發電用螺旋槳都裝在浮標上的垂直型,都能測量加速度、溫溼度、與海流速度,以無線通訊傳輸資料;後來追加能測量照度、壓力、海水鹽分與氧氣量、還有葉綠素濃度的感測器,追加訊號線收集資料能力。

海洋觀測浮標在20世紀便開始應用,但要有持續1年以上的多樣資料感測與無線資料傳輸能力,就只能靠大容量蓄電池供電,因此設備體積通常就是直徑2公尺的大球體,標案價3萬~5萬美元並不稀奇,部署量少;而這種浮標因截面積大,承受的洋流拉扯力以噸計,常常颱風一來固定鋼纜就扯斷而失蹤,除了金額損失風險,也難以提供長期穩定資料。

京瓷利用洋流發電,讓電池只負責緩衝蓄電,加上MEMS技術縮小無線通訊與感測器體積,智慧浮標用一隻手便能托住,單價雖未公開,但無疑便宜很多,加上體積小受到的洋流拉扯力也低,不容易斷纜,適合大量部署,當成穩定的海上觀測網,進行氣象海洋等科學研究,以及發展漁業礦業的憑藉。

更進一步,當投放數量增加後,智慧浮標甚至能當成水上水下通訊的基地台,或是聯網發電系統,成為擴大開發海洋的重要基礎建設。


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