背景
如今，我们身边的各种电子产品，例如智能手机、笔记本电脑、可穿戴设备等，几乎都离不开电池供电。然而，电池却存在着使用寿命有限、续航能力有限、需要反复充电、安全隐患等问题。因此，电池也成为了影响现代电子产品性能与用户体验的关键因素之一。
为此，科学家们一直在积极研发让电子产品摆脱电池的新型供电方案。之前，笔者也为大家介绍过许多这方面的案例。接下来，让我们先来看几个经典案例：
（一）美国华盛顿大学发明的全球首款无需电池的手机，能从周围环境中的无线电信号或者光线中获取几微瓦的能量，保证正常手机通话。
（二）美国哈佛大学维斯生物启发工程研究所和约翰·保尔森工程和应用科学学院的科研人员团队创造出一种无需电池的折纸机器人，它能够通过磁场，无线地提供能量和进行控制，展开可重复的复杂运动。
（三）中国科学院、重庆大学、美国佐治亚理工学院、台湾 科技 大学等机构的科研人员组成的团队，在中华传统剪纸艺术启发下，开发出一种轻量的、剪纸式样的摩擦电纳米发电机（TENG），能采集人体运动的能量，为电子产品供电。
（四）美国密歇根州立大学的科研人员开发出由铁电驻极体纳米发电机（FENG）组成的柔性设备，让电子设备直接从人体运动中采集能量。
创新
今天，笔者要为大家介绍一项让电子产品摆脱电池的新科研进展。
近日，美国麻省理工学院联合其他科研机构（马德里理工大学、美国陆军研究实验室、马德里卡洛斯三世大学、波士顿大学、南加利福尼亚大学）开发首个能将WiFi信号的能量转化为电力的完全柔性设备，它可以为电子产品供电。
能将交流变化的电磁波转化为直流电的设备被成为“整流天线”。在《自然（Nature）》期刊上发表的论文中，研究人员们演示了一种新型整流天线。
技术
该整流天线采用了一个柔性射频（RF）天线，以交流变化的波形捕捉电磁波（包括携带WiFi信号的那些）。然后，这个天线被连接至一个由仅为几个原子厚度的“二维半导体”制成的新型器件。这种交流信号传送到半导体中，被半导体转化为直流电压，而直流电压可用于为电子电路供电或者为电池充电。
通过这种方式，无需电池的设备被动地捕捉无处不在的WiFi信号，并将其转化为有用的直流电源。更进一步说，该设备是柔性的，并能通过“卷对卷（roll-to-roll ）“工艺制备，从而可以覆盖非常大的面积。
所有的整流天线都依赖一个称为“整流器”的元件，这个元件将交流输入信号转化为直流电源。传统的整流天线将硅或者砷化镓用于整流器。这些材料可以覆盖WiFi频段，可惜它们是刚性的。尽管采用这些材料制造小型器件相对便宜，但用它们覆盖大面积，例如建筑物与墙壁的表面，成本过高。长期以来，研究人员们一直在尝试解决这些问题。但是目前所报告的柔性天线很少工作在低频率下，并且无法捕捉与转化千兆赫频率的信号，然而大多数相关的手机和WiFi信号都处于这个频率。
为了构造他们的整流器，研究人员们采用了一种称为“二硫化钼（MoS2）”的新型二维材料。它只有三个原子的厚度，是全球最薄的半导体之一。MoS2 可用于构造柔性的半导体元器件，例如处理器。
这么做时，团队利用了二硫化钼的一种“奇特”行为：当接触特定的化学物质时，材料的原子会重新排列，表现得如同开关一样，产生一种从半导体到金属材料的相变。这种结构也称为“肖特基二极管”，它是利用金属与半导体接触形成的“半导体-金属结”原理制作的。
论文第一作者、电子工程与计算机博士后 Xu Zhang（不久将成为卡耐基梅隆大学的助理教授）表示：“通过将 MoS2 设计成二维的半导体-金属结，我们构建出了原子薄度、超高速的肖特基二极管，它可以同步减少串联电阻与寄生电容。”
在电子器件中，寄生电容是一种不可避免的情况。这种情况下，特定的材料存储少量的电荷，将使电路速度变慢。因此，寄生电容越低，整流器速度就越快，运行频率也越高。研究人员们设计的肖特基二极管中的寄生电容，比目前最先进的柔性整流器中的寄生电容，要小一个数量级。因此，这种二极管的信号转化速度更快，可采集并转化10GHz的无线信号。
Zhang 表示：“这种设计将带来一种完全柔性的设备，它快到可覆盖我们日常使用的电子器件的大多数射频频段，例如WiFi、蓝牙、蜂窝LTE等。”
研究人员所报告的工作，为将WiFi转化为电力的其他柔性设备提供了蓝图，这些柔性设备具备足够大的输出和效率。根据WiFi输入信号的输入功率，目前设备的最大输出效率约为40%。在典型的WiFi功率等级下，MoS2 整流器的能量效率约为30%。相比而言，目前最佳的硅和砷化镓整流天线（由更加昂贵的刚性材料硅和砷化镓制成）实现了差不多50%到60%的效率。
价值
论文合著者之一、麻省理工学院微系统技术实验室的 MIT/MTL 石墨烯器件与二维系统研究中心主任 Tomás Palacios 表示：“假如我们开发出的电子系统，能够环绕大桥，或者覆盖整个公路，或者覆盖办公室墙壁，并将电子智能带给我们周围的每个物体，那将会如何？你如何为这些电子产品供电？我们提出了一种新办法来为这些未来的电子系统供电，通过一种可简单大面积集成的方式采集WiFi的能量，为我们身边的每个物体带来智能。”
科学家们提出的这种整流天线的早期应用包括为柔性与可穿戴设备、医疗设备、“物联网”传感器供电。例如，对于主要的技术公司来说，柔性智能手机将是一个热门的新市场。在实验中，当研究人员们将器件放置到典型的WiFi信号功率级别（150微瓦左右）的环境中，它可以产生出40微瓦的功率。这个功率足以点亮一个简单的移动显示屏，或者为硅芯片提供电力。
论文合著者之一、马德里理工大学的研究员 Jesús Grajal 表示，另外一个可能的方案就是为植入式医疗设备的数据通信供电。例如，研究人员们正在开始开发能被患者吞服的药丸，并将 健康 数据发回给计算机诊断。
Grajal 表示：“理想情况下，你不会想用电池来为这些系统供电，因为如果电池泄露锂，那么患者可能会死亡。从环境中采集能量，为体内的这些小型实验室以及与外部计算机的数据通信提供电力，具有明显的优势。”
目前，团队正在计划打造更加复杂的系统并提升效率。
参考资料
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文／杨剑勇
物联网发展已是全球趋势，预计将创造数万亿美元经济价值。各国都已制订了相应的国家发展战略，为全球经济注入增长动力。因传输层作为实现万物互联的基础，支持海量设备的传输通信驱动着物联网产业发展，更是迎来全球布局，其中较为凸显的是NB-IoT技术，因其有广泛覆盖、支撑海量连接、更低的功耗等优势，以及随着NB-IoT生态的逐渐完善，将有利推动物联网在全球范围内快速发展 ，因此各链条关键企业均在积极推动。
什么是NB-IoT？
NB-IoT全称是蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT），万物互联网络的一个重要分支，也被叫做低功耗广域网(LPWA)，面向低耗流物联网终端，适合广泛部署在智慧城市、智慧交通、智能生产和智能家居，2016年6月16日在韩国釜山召开的3GPP RAN全会第72次会议上NB-IoT标准确定，预示着物联网建设提速。
NB-IoT只消耗大约180kHz的频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT支持待机时间短、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。
近日，Lux Research称，由于覆盖范围和可靠性的扩大，NB-IoT将主导LPWAN，预计到2022年，NB-IoT将会成为物联网时代下的赢家，为物联网中连接数以十亿台设备，到2022年，NB-IoT可能会捕获到全球90%以上的LPWAN连接。
NB-IoT商用也在提速，国内三大运营商在积极部署NB-IoT网络，中国电信在近日宣布全球首个覆盖最广的商用NB-IoT网络建成，将助推物联网产业发展，将在智能电网、智能水表、智慧安放和智慧农业等众多细分领域落地。
芯片是NB-IoT技术商用核心力量，作为芯片巨头的高通最早开始布局NB-IoT，并联合产业链优势资源来共同推动应用落地。在各运营商及原厂的积极热情部署背景下，势必带动整个生态体系发展，从基础设施、芯片、模块和设备等打造一个稳健、开放的 NB-IoT 生态系统，有助于推动 NB-IoT 技术创新和商用。
此外，与以往新的通信技术和芯片仅依靠运营商及原厂推动不同，本轮NB-IoT技术的发展适应物联网发展趋势，带入了物联网产业链非常重要的云服务环节，物联网云服务商机智云与中国电信及高通就NB-IoT的商业落地均展开深入合作，此外还将会在机智云自助开发平台部署NB-IoT的开发技术，让更多物联网开发人员可以第一时间实现NB-IoT的开发和应用落地。
由于物联网这一词汇蕴含的内容及其广阔，被视为第四次科技革命，促进世界经济增长，至此各国纷纷推出以物联网为基础的国家战略。发展物联网是全球趋势，在信息科技发展开始从移动互联网向物联网转变之际，在这一次信息革命中，能够快速创新成为企业竞争的核心，能充分利用物联网的企业也将会成为万物互联时代的赢家。作为引领新型信息化与传统领域走向深度融合的物联网，在未来几年之内，在全球范围内也将创造19万亿美元的整体价值。
推物联网普及提速
来自网优雇佣军文章介绍，目前可以确定，2017年全球至少将有327万NB-IoT基站，笔者再结合Lux Research给出NB-IoT报告显示，NB-IoT可能会占据全球90%以上的LPWAN连接。 由于全球运营商的积极部署NB-IoT网络，围绕NB-IoT的生态体系将逐渐完善，有助于推动 NB-IoT 技术创新和商用，势必加速物联网大规模普及。
在整个物联网产业链中，传输层是实现万物互联基础，未来几年内，物联网设备连接数量将会达数百亿，支持海量设备的传输通信驱动着物联网产业发展，而贯穿物联网设备所需要各平台和解决方案互通为基础，才能使物联网得以实现。
尤其在这个大连接时代，涉及到太多跨品牌、跨平台、跨设备之间的无线通讯，而今年谈论最多的NB-IoT是典型的窄带通信技术将成为关键所在。全球已经有21个运营商承诺部署NB-IoT网络，预测到今年底，在全球将会部署25张NB-IoT商用网络，这是来自今年早些时候GSA发布的报告所做出的预测。
德国电信M2M部门的高级产品经理Jens Olejak说，对于NB-IoT来说，因为模块成本对其业务客户来关键所在，模块价格需要更接近行业的最终目标，每单位5美元，使部署B-IoT项目更可行。机智云总经理黄锡雄在面对21世纪经济报道记者表示：“NB-IoT符合大连接的特点需求，很多WiFi、蓝牙做不到的场景都可以使用NB-IoT，但现在成本并不够低。距离运营商“5美元”的目标仍有距离。“
NB-IoT模块成本之间仍然是11至17美元之间，如果能控制到5美元左右，加上低功耗能维持10到15年的网络，那么NB-IoT的优势就显而易见，另外，中国电信计划投入1亿元用于NB-IoT模块补贴，希望将NB-IoT模块价格降低至5美元。价格的降低有助于推动NB-IoT商业进程。
由于NB-IoT网络的覆盖，将促使进入一个智慧的社会，包括智慧社区、智慧城管、智慧路灯、智慧停车、智慧物流等众多垂直应用，其中智慧生活成为智能家居最大发展方向，在机智云CEO黄灼看来，NB-IoT将加速物联网产业的服务升级，对拥有超过6000+企业注册用户，服务覆盖国内外知名厂商、市场份额第一的机智云来说，新的技术总是让人激动人心的。
机智云是目前国内首个与运营商和芯片原厂共同研发、推动NB-IoT技术的物联网第三方云平台，为NB-IoT解决方案提供成熟稳定的开发工具和云端支持，同时其云服务能力具备数据管理、计费、终端管理、连接服务和数据分析等功能，支持NB-IoT、LTE Cat-M1和EC-GSM-IoT等蜂窝物联网技术，并保证高度的数据主权和安全性，可以满足厂家和产品的业务需求。
在商业应用上，机智云将基于高通MDM9206 全球多模蜂窝物联网连接技术应用于国家电网智能充电桩管理服务平台，和实现非智能商用冰柜等冷链系统智能化管理的HIVE 冷链资产管理解决方案。据悉机智云还将与高通在全国范围内建立NB-IoT测试实验室，进行更进一步的技术研发，以及为商用客户提供NB-IoT产品测试服务。
高通的MDM9206 行业解决方案，旨在为日益增多的物联网终端和系统提供可靠、优化的蜂窝连接。MDM9206 是一款为 Cat-M1（eMTC）和 Cat-NB1（NB-IoT）定制的多模多频芯片，集成了 CPU 和定位技术，能够让物联网产品在全球一系列不同的运营商网络中运行，实现产品全球覆盖的最大化和规模化。
也正是凭借在硬件接入、数据挖掘和分析应用上的技术优势及多年的行业实战经验，机智云已发展为行业第一的综合物联网云服务平台，处于整个产业链的核心位置，是物联网技术发展不可缺少的重要环节。通过对数据流的集中、处理和疏散中心，凭借“大平台+小前端”的结构，支撑和推动物联网在细分行业的商业模式创新，提升行业效率。通过多年来对产业深耕和上下游资源整合，形成完整的物联网开发服务生态，有效撮合供应商和用户降低交易成本，通过第三方接口释放共享经济的巨大价值，参与应用分成，达成生态共赢。
大连接时代凸显物联网云平台价值
根据Gartner数据显示，2016年有64亿物联网设备，预计今年全球物联网设备数量将达84亿，到2020年物联网设备数量将突破两百亿，但诸如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等短距离通信技术应用范围和规模有限，而NB-IoT的高覆盖能力，适合广泛部署在智能家居、智慧城市等众多物联网垂直领域，众多企业积极参与NB-IoT生态建设，希望主导该领域。
物联网通常划分为感知、传输和应用三个层次，感知层以如传感器、RFID等为主，是信息采集的关键部分，传输层以通信设备厂商和运营商等为主导，包括昔日帝国的诺基亚，也寄望于物联网重塑辉煌，但在长期关注物联网产业的杨剑勇看来，物联网的核心价值在应用层。在万物互联所收集的数据后，最终汇集到应用层数据处理等才是物联网产业的核心价值点。
在物联网时代，平台不仅可实现各设备的互联互通，其核心是数据的集散中心，所形成的数据加以利用，将会诞生出很多创新商业模式及应用，其中“云”作为各种设备联网后所产生的数据提供存储、管理、分析等，是物联网产业发展基石。以物联网云服务平台的机智云为例，以万物互联为基础，也就是云、端、到设备云端整合，并分享至整个产业链，助力企业可以实现全球范围内的物联网运营。
作为国内物联网云服务的践行者，不管是企业客户还是开发者，机智云其生态已形成规模化，作为一家懂硬件的软件公司，目前估值数亿美元，被《福布斯》全球IoT创新企业TOP100唯一入选前50的大陆公司，《快公司》中国创新50强。并连续两年获得工信部CSIP年度物联网解决方案奖，连续两年获得中国家电协会艾普兰核芯奖，已成为物联网云服务第一品牌。
在机智云创始人兼CEO黄灼先生看来，物联网是一个有机互联的生态系统，基于大数据的人工智能未来将更广泛应用于物联网，但数据分析、云端安全等技术，全球专业人才也不多。作为最有影响力的物联网开发平台，机智云就要把这些复杂的算法模块化、工具化，持续为开发者提供更多有价值的开发工具和模块服务，帮助他们低成本快速进入物联网行业。
写到最后
数据产生、收集、处理、决策和应用，将随着各式各样的物联网设备的普及以及传感器的大规模部署，所采集的大数据，其潜在的价值也将被逐渐挖掘，可以说，物联网是一个以“数据”为驱动的产业。即万物互联所产生的海量数据，经智能化的处理、分析，最终透过数据形成产品或服务，而正是物联网最核心的商业价值所在，也将为社会创造出更多的商业机遇。
本文作者杨剑勇，长期关注物联网、智能家居、可穿戴设备、机器人和人工智能等前沿科技产业。
大家现在在新闻里听到的区块链，常常与虚拟货币联系起来，实际上区块链远远不止于此。首先，区块链是信任引擎，是保障可信数据的技术；第二，区块链是改变生产关系的技术。有一种说法是，两大改变世界的技术（人工智能、区块链），人工智能改变的是生产力，区块链改变的是生产关系；第三，区块链是整合资源的平台技术，能够把跨行业的资源，包括金融、技术创新、人才参与，有效而极具创造性地整合到各种实体行业中。在接下来的演讲中，我会使用具体案例进行说明。
在进一步推进新能源 汽车 发展的时候，我们看到什么样的挑战和机遇？首先，电池成本与寿命的矛盾毫无疑问是非常大的挑战。电池的高成本带来了消费者购车成本和购车意愿的问题。这必然不利于新能源 汽车 行业的快速成长。
第二是电池整体技术尚未最终“尘埃落定”，还在不断演进。这当然不是一件坏事情，真正有生命力的行业才会这样。刚才张院士讲得非常好，层出不穷的新技术，不可避免地让整车厂商面临如何将快速成长的技术与自身的产品周期相结合的挑战。
第三是安全方面的问题。大家有时候会从新闻上看到电池着火的情况。而据有关统计，截至2020年全国电动 汽车 安全事故分析中，电池问题引发的事故占据60%以上。
此外，新能源 汽车 电池使用效率极大限制单次充电的出行范围，虽然已经较以前大大改进，依然难免影响出行体验。
那么，要解决以上这些问题，我们面临着什么样的数字化挑战呢？关键是动力电池具有很高的产品价值和潜在环境影响，所以生命周期很长，从生产、整车集成、用户使用、二次回收作为储能设施、电力使用、最终环保回收，跨越了很多行业。跨行业数据收集和可信流转、共享非常困难。特别是电池厂商和整车厂商，这两个数据孤岛如何打通，如何进行数据共享共用？电池使用过程中，消费者和充电站运营方也掌握着一部分数据。能储环节的当地供电商，回收环节的环保回收厂商，也都会有自己的数据。进而，不要忘记，金融行业也可以是数据流的利益相关方：动力电池占整车成本四成以上，从资源整合的角度来说，如何在可信数据流转的基础上，引入金融资源，降低整车厂商和消费者的成本压力？
前面提到，区块链是跨行业数据整合的引擎。它能做到让不同来源的数据通过隐私计算，在数据所有权被有效保护的前提下形成数字孪生。这个数字孪生有很强的针对性。此前，当出现产品问题的时候，因为跨平台跨行业数据无法互通等问题，很难进行精准定位， 汽车 产品的召回往往具有较大的盲目性。
例如，原来发现了一个问题，需要召回60万台车。现在我们在区块链技术提供的可信数据保障下，通过此前很难做到的跨平台数据整合和数据分析——对动力电池和新能源 汽车 进行非常精准的分析，发现非常高颗粒度的“问题组合”，或许就可以把召回的规模缩小到几千台甚至几百台。精准召回不但对消费者的安全是一种保障，而且可以极大降低整车厂商的成本。
电池数据的价值也还有待挖掘，不单单是电池生命周期和整体使用情况。还有一点非常重要，新能源 汽车 各个组件当中，动力电池能源供应系统收集上来的数据是最完整的。这样完整的数据不仅在动力电池自身的商业模式当中具有很高的价值，对用户体验提升甚至城市管理也都有价值。
可以说，动力电池，是新能源 汽车 的关键 。我们可以把动力电池中嵌入相关的物联网设备；这个物联网设备和区块链技术相结合，在确保数据可信、不可篡改同时保护隐私的前提下收集数据，不仅可以形成动力电池可信的数字孪生，也帮助形成新能源 汽车 本身可信有效的数字孪生。此前，摩联 科技 与万向区块链合作推出了区块链蜂窝无线模组和PlatONE联盟链数据存证平台，能够赋能海量物联网设备数据的安全上云可信上链。
再谈到商业模式，无论是回顾燃油 汽车 的发展 历史 ，还是展望新能源 汽车 的发展前景，如何让实体行业有效引入金融资源，都是拓展商业价值的重要方向。 车电分离指的是在换电模式基础上，车主购买整车后，由电池管理公司回购电池产权，车主以租赁方式获得电池使用权。 车电分离如果能够做到位，动力电池及充电站就可以成为资产包，且和新能源 汽车 本身是分开的，大家就可以针对资产包进行融资。这不仅仅是概念或者梦想，我们已经在和业界领先的公司在这方面展开了合作。
这个商业模式进一步规模化以后，会带来几个好处。第一，串联电池生产、销售、运输、使用、回收、检测和改造再利用等各方的协同网络，高效可信的电池流转助力各方利益计量和分配结算，提高传统业务衔接协作效率；第二，能够让更多金融资源以可信方式进入迫切需要 社会 资源和金融资源的新能源 汽车 行业，有效促进其进一步发展壮大。第三，形成非常好的节奏。在新能源电池行业刚刚起步的阶段，车电分离后带来的商业模式有相当的稳定性。未来无论技术如何演变，这个行业都能够有效得到金融资源的配置，从而反过来为新技术的发展带去非常重要且必要的活力；第四，对于资产管理公司和金融机构，一方面可以对底层资产进行穿透式监管，一方面可以实时掌控资产的运行收益，有效降低了资产和资金风险。
而对消费者而言，购车成本会直接下降。比如以前买辆车30万，现在买车只要18或者20万，剩下的就是每月付车电分离的使用费，这是未来会推动的。同时也可以缩短充电时间，缓解续航焦虑；对新能源电池厂商和整车厂商而言，有机会引入更多的金融资源，提升运营效率，改善电池安全，减缓电池衰减；对政府有关部门和管理机构来说，通过动力电池和物联网设备，通过区块链技术形成可信、可靠的数字孪生并资产化，如碳中和等治理目标就可以更好地通过整合 社会 资源来管理和实现。同时也能够促进电池标准化，推动基础设施建设。
要实现新能源 汽车 的车电分离，我们当前也面临着一些挑战：第一是重资产：换电站建设前期投入高，融资需求大；第二是车企配合难度大：标准化技术应用推广难，不同车企不同车型差异性显著；第三是标准化程度低：难以开放使用形成规模效应；第四是运营服务体系不完善：电池多方流转难追溯。
为什么要讲挑战？传统的信息化技术难以建立多方间的信任，而且需要完整的顶层设计。面对以上的这些挑战，很难进行完整的顶层设计，势必会形成摸着石头过河的局面。要保证过程中整个业务方向不会失控，就是区块链组织生产关系所发挥的作用。
不仅是 汽车 ，所有跟新能源能储相关的行业，如未来城市的能源基础设施，都可以使用物联网+区块链+隐私计算，通过对可信数字底座的打造，实现可信的数字孪生并资产化，从而降本增效，创造企业、消费者、政府机构多方共赢的 社会 经济价值。而这些我们并非仅在策划阶段，都已经实践中了。 包括与合作伙伴共同推进的动力电池资产化、在电动大巴上采用区块链基础上的电池与新能源管理等等。
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