Usar la tecnología IoT para salvar el mundo

Abordar la crisis de sostenibilidad de la Tierra es urgente

A medida que la humanidad enfrenta el desafío de hacer la transición hacia una economía global sostenible, debe encontrar formas de mantener la capacidad de sobrevivir, prosperar y desarrollarse sin agotar los recursos naturales del planeta. Actualmente, la temperatura promedio de la Tierra está aumentando. En un mundo que se calienta 2 grados Celsius, habrá más olas de calor, incremento en las precipitaciones, una disminución en los rendimientos de los cultivos y un aumento en el nivel del mar, todo lo cual amenazará la supervivencia humana. Es urgente tomar medidas apropiadas.

Por otro lado, desde la década de 1980, la industria de la electrónica se ha desarrollado más rápido que casi cualquier otra industria. Se ha convertido en un importante contribuyente a las economías de algunos países y en un insumo clave para la producción industrial de muchos otros países, sin señales de desaceleración en su crecimiento. Este crecimiento se atribuye a la creciente demanda de productos electrónicos de consumo.

Sin embargo, aunque la prevalencia de los productos electrónicos ha mejorado la vida de muchas personas, también puede generar relativamente más desechos electrónicos. Por lo tanto, se deben adoptar nuevas prácticas en el procesamiento, fabricación, distribución, venta, reparación y reciclaje para reducir la producción de desechos electrónicos, siendo el reciclaje clave. Según las Naciones Unidas, actualmente se recicla exitosamente el 20% de los desechos electrónicos. La organización ha anunciado un plan para reducir significativamente la generación de desechos para 2030 mediante prevención, reducción, reparación, reciclaje y reutilización.

El IoT se convertirá en la plataforma fundamental para la tecnología sostenible

Mientras los consumidores y las empresas están cambiando sus hábitos, proteger el planeta y sus recursos para las necesidades futuras también requiere el despliegue generalizado de nuevas tecnologías. El IoT se convertirá en la plataforma fundamental para la tecnología sostenible. Según un informe de Transforma Insights y 6GWorld, "Sustainability in New and Emerging Technologies In 2030", la construcción del IoT aumentará significativamente el uso global de electricidad desde ahora hasta 2030. La fabricación de soluciones habilitadas para IoT consumirá 112 millones de metros cúbicos de agua, y los hidrocarburos utilizados para distribuir e implementar soluciones de IoT incrementarán los costos.

Sin embargo, el informe de Transforma concluye que los impactos ambientales positivos de las aplicaciones de IoT harán que los sacrificios iniciales valgan completamente la pena. De hecho, la tecnología IoT pronto generará suficientes ahorros para compensar los costos energéticos de su fabricación y despliegue, y desde ese punto, ahorrará aproximadamente ocho veces la energía. El informe señala que para 2030, los dispositivos IoT también ahorrarán cerca de 230 mil millones de metros cúbicos de agua, de los cuales el 35% provendrá de operaciones mejoradas en la red de agua y el resto de aplicaciones agrícolas habilitadas por IoT, como la irrigación inteligente.

Se espera que los beneficios de los grandes datos (big data) también sean clave para demostrar la huella ambiental del IoT. Cuando se combina eficazmente con aplicaciones como el aprendizaje automático, el IoT generará grandes cantidades de información que ayudarán a individuos y organizaciones a comprender mejor sus costos energéticos y a tomar decisiones ambientales informadas. Además, los principales beneficios ecológicos del IoT provienen principalmente de soluciones empresariales que generalmente se manifiestan en una reducción del consumo de electricidad, disminución de las emisiones de carbono o menor consumo de combustible o agua, como en las operaciones de redes eléctricas inteligentes.

Mirando hacia el futuro, el número de sensores IoT inalámbricos y celulares podría superar los 50 mil millones, muchos de los cuales serán alimentados por baterías. Más allá de los problemas de mantenimiento, estas baterías también podrían comprometer la sostenibilidad de IoT. Materiales raros como el litio deben ser extraídos, las baterías deben ser fabricadas y distribuidas globalmente, y luego está el importante problema de desechar de manera segura las baterías agotadas.

Las soluciones inalámbricas futuras serán más eficientes, ampliando enormemente el rango de aplicaciones que podrán recolectar toda su energía del entorno. La próxima generación de circuitos integrados de gestión de energía (PMICs), diseñados específicamente para dispositivos de recolección de energía, estabilizará la captura de energía variable y desempeñará un papel crucial en la liberación de los productos IoT de las limitaciones de las baterías.

Soluciones de chips para satisfacer las necesidades de los dispositivos IoT

Para brindar una funcionalidad completa y gestión de energía para dispositivos IoT, Nordic está comprometido con el lanzamiento de soluciones relacionadas, incluyendo sistemas en chip (SoCs), circuitos integrados de gestión de energía (ICs), módulos frontales de RF (FEMs), kits de desarrollo de software y plataformas para la construcción de prototipos, con el objetivo de ayudar a los clientes en el desarrollo de dispositivos IoT.

Primero, el nRF52832 es un versátil SoC Bluetooth 5.4 que admite Bluetooth Low Energy (BLE), Bluetooth Mesh y NFC. El nRF52832 es un SoC multiprotocolo de propósito general que cumple con los desafíos de aplicaciones que requieren funcionalidad avanzada de Bluetooth® Low Energy, concurrencia de protocolos y un conjunto completo de periféricos y características. Además, ofrece una amplia memoria para flash y RAM.

El nRF52832 utiliza un multiprotocolo con concurrencia total de protocolos. Admite Bluetooth Low Energy, incluido el soporte para transmisión de alta velocidad de 2 Mbps. Bluetooth Mesh puede ejecutarse simultáneamente con Bluetooth Low Energy, lo que permite a los smartphones aprovisionar, poner en marcha, configurar y controlar los nodos de la red mesh. También es compatible con NFC, ANT y protocolos propietarios de 2.4 GHz.

El nRF52832 está basado en una CPU Arm® Cortex™-M4 con una unidad de punto flotante, operando a 64 MHz. Cuenta con una etiqueta NFC-A integrada para soluciones simplificadas de emparejamiento y pagos. Incluye numerosos periféricos digitales e interfaces, como PDM e I2S para micrófonos digitales y audio. Gracias a un sistema de gestión de energía adaptativo de alta precisión incorporado, logra un consumo de energía extremadamente bajo.

El nPM1300 es un circuito integrado de gestión de energía (PMIC) con características únicas de gestión del sistema. El PMIC nPM1300 integra funciones esenciales necesarias para diseños integrados de Bluetooth Low Energy en un paquete compacto, simplificando el diseño del sistema y permitiendo tiempos de operación más largos y una carga de batería eficiente con menos componentes.

El nPM1300 está optimizado para máxima eficiencia y tamaño compacto, y se puede configurar mediante una interfaz de dos cables compatible con I2C (TWI). Esta interfaz permite un acceso fácil y la configuración de una serie de funciones avanzadas de gestión del sistema, que incluyen un reinicio forzado con dos botones, medición del nivel de carga de la batería, supervisión del sistema a nivel general, advertencia de pérdida de energía y recuperación de un arranque fallido.

El PMIC nPM1300 está diseñado para proporcionar una regulación eficiente de energía para los SoCs de las series nRF52 y nRF53 de Nordic, apoyando protocolos inalámbricos como Bluetooth Low Energy, LE Audio, Bluetooth mesh, Thread y Zigbee. Este producto es una opción ideal para productos IoT compactos avanzados, como dispositivos wearables avanzados y aplicaciones médicas portátiles.

El nPM1100 es otro circuito integrado de gestión de energía de formato ultra pequeño diseñado para cargar baterías y suministrar energía, que cuenta con un eficiente regulador buck configurable de modo dual y un cargador de batería integrado. Es un componente complementario a las series de SoCs Nordic nRF52® y nRF53®, asegurando una entrega de energía confiable y una operación estable, mientras maximiza la vida útil de la batería gracias a su alta eficiencia y baja corriente en reposo. Su forma extremadamente compacta lo hace ideal para dispositivos portátiles, dispositivos médicos conectados y otras aplicaciones con restricciones de tamaño, con un uso de área de PCB tan pequeño como 23 mm2.

Este cargador de batería integrado está diseñado para baterías de iones de litio y polímero de litio, con un voltaje de terminación seleccionable de 4.1 o 4.2 V, y admite voltajes nominales de 3.6 y 3.7 V, respectivamente. Cuenta con protección térmica integrada para la batería y selección automática de tres modos de carga: carga de goteo, carga de corriente constante y carga de voltaje constante.

El regulador reductor integrado de alta eficiencia del nPM1100 puede proporcionar hasta 150 mA de corriente con voltajes de salida seleccionables de 1.8, 2.1, 2.7 o 3.0 V. Cuenta con arranque suave y transición automática entre modos histéréticos y PWM. También permite el modo PWM forzado para garantizar un funcionamiento limpio de la energía. La eficiencia de conversión es de hasta el 92%, y la huella ocupa solo 27 mm², incluidos los componentes pasivos.

El nRF21540 de Nordic es un módulo frontal de RF (FEM) diseñado para extender el alcance de Bluetooth® Low Energy, Bluetooth® mesh, Thread, Zigbee y protocolos propietarios de 2.4 GHz. El nRF21540 es un extensor de alcance inalámbrico tipo "plug-and-play". Proporciona una conexión robusta y confiable al integrar un amplificador de potencia (PA) y un amplificador de bajo ruido (LNA), lo que lo hace ideal para soluciones inalámbricas de corto alcance y bajo consumo energético.

El nRF21540 es un producto complementario que puede utilizarse para mejorar el presupuesto de enlace de los SoCs inalámbricos avanzados multiprotocolo de las series nRF52 y nRF53. Cuando se utiliza con SoCs de las series nRF52 o nRF53, el nRF21540 RF FEM ofrece una potencia de salida TX de +20 dBm y una ganancia RX de 13 dB, lo que garantiza una mejora del presupuesto de enlace de 16-20 dB. Esto corresponde a un aumento teórico de la distancia de transmisión de 6,3 a 10 veces.

El nRF21540 viene en un paquete QFN16 de 4x4 y como suplemento del nRF21540 RF FEM. Nordic proporciona una placa de desarrollo que puede utilizarse para evaluar el rendimiento del módulo de front-end RF usando equipos de laboratorio y para evaluar su rendimiento en aplicaciones prácticas cuando se combina con los SoCs de las series nRF52 o nRF53. Las aplicaciones principales diseñadas para el nRF21540 incluyen hogares inteligentes, seguimiento de activos, audio y aplicaciones industriales.

Kit de desarrollo de software IoT escalable y unificado, y plataforma de creación de prototipos

Para acelerar el desarrollo de productos de los clientes, Nordic también ha lanzado el nRF Connect SDK (Kit de Desarrollo de Software), un conjunto de herramientas para crear productos de bajo consumo que utilizan Bluetooth, Wi-Fi, IoT celular, Bluetooth Mesh, Thread, Zigbee y Matter.

El nRF Connect SDK es un kit de desarrollo de software escalable y unificado, diseñado para construir productos basados en todos los dispositivos inalámbricos de las series nRF52, nRF53, nRF70 y nRF91 de Nordic. Ofrece a los desarrolladores un marco escalable para construir software optimizado en tamaño para dispositivos con limitaciones de memoria, así como software poderoso y complejo para dispositivos y aplicaciones más avanzadas. Integra Zephyr RTOS junto con diversos ejemplos, protocolos de aplicación, pilas de protocolos, bibliotecas y controladores de hardware.

Además, Nordic ha introducido la plataforma de prototipos IoT Thingy:53, que permite crear prototipos y pruebas de concepto sin necesidad de hardware personalizado. Thingy:53 está basada en el emblemático SoC inalámbrico de doble núcleo nRF5340 de Nordic. La potencia de procesamiento y la capacidad de memoria de sus procesadores duales Arm Cortex-M33 permiten ejecutar modelos de aprendizaje automático (ML) integrados directamente en el dispositivo.

Thingy:53 también viene equipado con una variedad de sensores integrados, como sensores ambientales, sensores de color y luz, acelerómetros y magnetómetros, todos los cuales pueden usarse sin hardware adicional. Está alimentado por una batería recargable de Li-Po de 1350 mAh, que puede cargarse mediante una interfaz USB-C. Además, cuenta con un conector externo de 4 pines JST compatible con los estándares Stemma/Qwiic/Groove para accesorios de hardware.

Conclusión

La tecnología IoT está transformando nuestro mundo a una velocidad y escala sin precedentes. Desde la construcción de ciudades inteligentes hasta la aplicación de monitoreo ambiental y la revolución en el sector de la salud, IoT está brindando posibilidades infinitas a la sociedad humana. No solo mejora nuestra calidad de vida, sino que también desempeña un papel clave en la resolución de desafíos globales. A través de la tecnología de agricultura inteligente, podemos utilizar los recursos de manera más eficiente, reducir el desperdicio y minimizar la contaminación ambiental. Con los sistemas de transporte inteligentes, podemos aliviar la congestión y reducir las emisiones de carbono. Con dispositivos de monitoreo médico y de salud remotos, podemos proporcionar servicios médicos de mayor calidad y mejorar los niveles de salud pública. Las soluciones de aplicación IoT lanzadas por Nordic pueden acelerar el desarrollo de productos IoT de los clientes, lo que hace que valga la pena profundizar en su conocimiento y adoptarlas.