现在每个人都可以制造无电池的电子设备

去年，来自西北大学和代尔夫特理工大学 (TU Delft) 的计算机工程师推出了世界上第一个无电池的 Game Boy，它既可以收集太阳能，也可以通过按钮糖化获得用户的动能，从而为无限的游戏寿命提供动力。

同一个团队现在推出了一个新平台，使制造商、业余爱好者和新手程序员能够构建自己的无电池电子设备，这些设备以间歇性的、收集的能量运行。

该系统称为 BFree，包括能量收集硬件(BFree Shield)和 Python 的抗电源故障版本，Python 是最容易访问和最常用的编程语言之一。用户需要的只是对 Python 有基本的了解，以便快速轻松地将任何自己动手 (DIY) 的智能设备变成无电池版本。例如，借助这项技术，新手程序员现在可以将他们的 DIY 电池供电运动传感器变成具有无限寿命的太阳能传感器。

该研究以虚拟方式在 UbiComp 2021 上进行了展示，该会议是泛在计算的首要会议。用户可以在GitHub 上找到有关如何构建和使用新技术的说明。

'问错了问题'

“目前，业余爱好者几乎不可能开发具有无电池硬件的设备，因此我们希望使我们的无电池平台民主化，”西北大学的 Josiah Hester 说，他是这项工作的共同领导者。“互联网上的制造商都在问如何延长他们设备的电池寿命。他们问错了问题。我们希望他们忘记电池，转而考虑更可持续的发电方式。”

“制造商社区通常对快速部署他们的设备更感兴趣，而这种快速性并不总是与可持续性相得益彰，”代尔夫特理工大学的 Przemyslaw Pawelczak 说，他与 Hester 共同领导了这项工作。“我们想设计一种可以连接这两个世界的可行产品。”

Hester 是西北麦考密克工程学院电气和计算机工程以及计算机科学的助理教授。他还是 Allen K. 和 Johnnie Cordell Breed 设计的初级教授。Pawelczak 是代尔夫特理工大学嵌入式和网络系统小组的助理教授，领导可持续系统实验室。他们的团队包括博士。候选人 Vito Kortbeek、Abu Baker 和 Stefany Cruz。

创客运动的电池问题

创客运动是 DIY 文化以技术为重点的延伸，由多元化的发明家、设计师和计算机程序员组成，他们为电子设备构建自己的硬件和软件，包括运动传感器、显示器、执行器等。结合云计算，开发快速、廉价和连接设备的能力使物联网 (IoT) 成为可能。这些 DIY 者制造了从家庭自动化设备到气象站以及介于两者之间的一切。

虽然越来越多的人可以构建和编程设备，这为技术带来了令人兴奋的未来，但 Hester、Pawelczak 和他们的团队对将要使用并最终被填埋的电池数量感到畏惧。

“许多人预测我们将在这个物联网中拥有一万亿台设备，”Hester 说。“这意味着一万亿个废电池或每几分钟就有 1 亿人更换一个废电池。这给环境带来了可怕的生态成本。相反，我们正在做的是真正为人们提供电力。我们希望每个人都成为能够以更可持续的方式轻松地对设备进行编程。”

对用户“不可见”

但简单地放弃电池并不像听起来那么简单。当设备绕过电池而是依靠能量收集时，电源不再是恒定的。例如，如果太阳躲在云层后面，那么太阳能可能会暂时中断。

研究人员通过 BFree 解决了这个问题。该技术使设备能够以间歇性能量永久运行。当电源中断时，BFree 会暂停计算。当电源恢复时，它会自动从中断的地方恢复，而不会丢失内存或在重新启动之前需要运行一长串操作。这不仅节省了能源，而且与传统程序相比，该技术对用户更加直观，传统程序会丢失对停电前发生的所有事情的所有记忆，需要从头开始重新启动。

为了使过程用户友好，研究人员用软件对 BFree 进行编码，以解释无电池设备的 Python 程序。用户只需将 BFree Shield 连接到 Adafruit Metro M0 maker 平台(或对其进行稍微修改以与其他基于 CircuitPython 的平台一起使用)，然后按照通常的方式对设备进行编程。BFree 软件负责其余的工作，允许程序在没有电池的情况下运行 - 完全来自收集的能量 - 并在电源故障时永久运行。

“我们想让最终用户完全看不到它，”攻读博士学位的 Kortbeek 说。Pawelczak 小组的候选人。“因此，我们试图在不让用户看到我们如何更改软件以解释 Python 文件以实现无电池技术的情况下保持设备的原始体验相同。”

“现在每个人都可以构建和编程智能、可持续的设备，”海斯特说。“这使得普适计算的未来愿景更加可持续、有用和对环境负责。”

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