萬物互聯下 壓電擷取技術解決電源困擾

當物聯網(IoT)的概念出來，許多企業如火如荼的投入物聯網的平台與裝置，這些裝置可應用於生態環境及工廠內的設備預警或智慧生活環境所需的設備中，但如何解決這些電子感測裝測裝置的供電仍是一大問題，低功耗與高效率是物聯網裝置的特點，在未來5G的時代，如何供電予大量IoT裝置將是一門學問。

國立臺灣大學工程科學及海洋工程學系暨研究所吳文中教授為壓電擷取技術的專家，在2008年就參與國科會無線網路計畫，在當時的時空背景已經開始架構感測網路互聯的雛形，在當時吳教授除了協助平台的推動外，亦看見了裝置電源的問題。

如何為這些數量龐大且廣設於各種環境中的電子感測裝置供電，將成為物聯網佈建的一大挑戰。另一方面，科技的進步與無線通訊技術和低功率電路的成熟發展，使得感測器的用電量降低，因此在供電量有限的環境能量中，可透過壓電擷取技術將環境中充斥而尚未被利用的能量如：太陽能、熱能、動能等，轉換為感測器所需之電能，此技術可望成為此供電問題之解決方案。其中又以振動能較不受環境因素的影響而廣受注目 。

SiP物聯網無線傳感器

吳文中教授表示以工廠的機台設備為例，只要有馬達驅動，就會有轉動或是震動的機械能可以擷取，因此當機台在運作過程中可以使用壓電擷取技術來收集其轉動或震動的機械能，並轉換成電能供電給無線傳感器。而目前吳教授所研發之微壓電能源擷取裝置以小於1 CM² chip area微機電製程製作之SiP晶片，可以透過封裝內的電源整流電路，提供穩定的直流電源給低功耗的感測器以及無線傳輸電路。物聯網無線傳感器可以在單一SiP元件中實現，達到資訊傳遞的效果。省卻電池供電，也降低了更換電池或為電池供電的維護成本，

壓電應用領域

吳文中教授進一步的分享在壓電擷取技術上可以應用的範圍，如在生物醫學傳感器領域上，運用不同類型和形狀的壓電聚合物材料，如薄片、薄板、疊片、圓筒和同軸線等，利用壓電技術可以協助取得超聲成像。並進一步地在機器人上安裝距離傳感器，當機器人接觸對象物體之前，獲得必要的訊息，進行判斷，探測機器人移動的空間是否有障礙物。如發現障礙，則及時採取一定措施，避免發生碰撞，最後取得在對象物體表面形狀的大致信息。

潔淨能源的幫助

節約能源是我們長期追求的目標，但是否能夠再進一步地做些什麼呢？再生能源是各國能源政策的關注焦點，其中振動能源可以說是每個人都有機會可以發揮的，只是採集的困難度和成本有所不同，並且所產生的功率太小，還不足以成為主要的供電來源，不過若能連接在某個振動源上的壓電換能器，這些小型壓電元件能夠把很小的振動轉換為成電能，經過有效的能量管理與儲存，便可供電給低功耗的電子元件使用，特別適合應用在工業4.0或是物聯網需要大量佈建無線感測節點的應用。

壓電擷取技術的最大優勢就是只要有震動或轉動的機械能存在，就可以擷取能量轉換成電能。而這些震動、轉動機械能在我們周遭無所不在，在未來轉換效率、功率、成本及應用上突破，必能為人類生活帶來更大的便利，並且成為物聯網的最後一哩路。