Självförsörjande sensorteknik – möjliggörare för autonoma fordon

Forskning kring självförsörjande sensorer som kan skörda energi från omgivningen är ett spännande område som kan göra utvecklingen av nya applikationer inom en rad olika områden möjlig. I ett SSF-finansierat projekt är siktet inställt på utveckling av självförsörjande sensorteknik för framtidens fordon.

Forskning kring trådlösa sensorer utan batterier som kan skörda energi från omgivningen är ett spännande område som kan göra utvecklingen av helt nya applikationer inom IoT och andra tekniska områden möjlig. Det kan också bidra till att minska miljöpåverkan från batterier genom att eliminera behovet av att byta ut eller slänga dem.
– Traditionella sensorer kräver kablar eller batterier för att fungera vilket begränsar deras livslängd och är en ständig källa till fel. Genom att utveckla sensorer som kan skörda energi från sin omgivning vill vi eliminera dessa begränsningar, säger Cristina Rusu, senior expert vid RISE och docent vid Chalmers.
I forskningsgruppen ingår doktoranden Johan Bjurström vars forskningsfokus är energiskörd från vibrationer med målet att utveckla självförsörjande sensorteknik för autonoma fordon.
– Autonoma bilar kräver stora mängder sensorer. En stor fördel är att slippa kablar och batterier så att sensorerna kan sköta sig själva. För det krävs att man kan plocka ut energi direkt från omgivningen.
Energiskörd kan ske på flera olika sätt.
– Det går till exempel att omvandla värme eller ljus till energi men vi har valt att använda oss av vibrationer i bilens passagerarutrymme. Bara det är en utmaning eftersom det är ett område i bilen där det inte ska vibrera så mycket, säger Johan.

Proof of Concept
Projektet har redan kommit en bra bit på väg.
– Vi har gjort en Proof of Concept, i en simulerad miljö, där vi visat att det går att få ut tillräckligt mycket energi för att driva en sensor och skicka ett enkelt statusmeddelande under ett intervall på några sekunder. Mycket handlar om hur ofta du ska skicka data och hur mycket data som ska skickas. Detta avgör i slutänden hur mycket energi som behöver utvinnas, förklarar Johan som presenterade denna forskning i sin licentiatavhandling i december 2022.
Fördelarna med självförsörjande sensorer är flera.
– Att få bort alla kablar som går till sensorer vore en revolution inte bara inom fordonsindustrin. Det faktum att du kan bygga in sensorer i materialet eller platsen och alltså inte behöva kunna komma åt dem för att byta kabel eller batteri, skapar helt nya möjligheter.

Krav på tillförlitlighet över tid
Projektet har varit framgångsrikt, men det är fortfarande ett stycke kvar innan fordon kan utrustas med sensorer som skördar energi från omgivningen.
– En puckel att komma över är att hela systemet, sensor och energiomvandlare, uppfyller alla krav på tillförlitlighet över tid. Att ta oss till den punkten är första målet. Men på sikt, om allt går som vi vill och hoppas på, kan tekniken bli en möjliggörare för autonoma fordon på våra vägar, fastslår Cristina.
Johan flikar in att projektet i grunden handlar om att omvandla mekanisk rörelse till energi.
– Den stora utmaningen är att få fram en energiomvandlare som effektivt omvandlar energi för både låg frekvens, låg amplitud och olika frekvenser. Här pågår en kapplöpning bland forskarteam runt om i världen. De som lyckas först har funnit ”graalen” som i det här fallet är lika med ett teknikframsteg som kommer att föra med sig en stor förändring för hela samhället.