Eletrônicos de Captação de Energia: Do CES 2025 a um Futuro Sem Baterias

A indústria eletrônica está à beira de uma revolução silenciosa. Por décadas, nossos dispositivos – de sensores inteligentes e dispositivos vestíveis a monitores remotos – dependeram de baterias descartáveis que são caras para substituir e difíceis de reciclar. Mas e se esses dispositivos pudessem se autoalimentar?

Graças a avanços na colheita de energia, dispositivos autoalimentados estão se tornando uma realidade. De geradores cinéticos a híbridos fotovoltaicos, novos componentes de colheita de energia estão capturando energia ambiente e transformando-a em eletricidade com eficiência crescente. O resultado? Sistemas eletrônicos que podem operar autonomamente por anos, seja completamente sem baterias ou estendendo drasticamente a vida útil da bateria.

A Revolução do Poder Auto-Sustentável

Na Consumer Electronics Show de 2025 em Las Vegas, dezenas de empresas apresentaram aplicações práticas da colheita de energia, sinalizando a mudança para eletrônicos sustentáveis e livres de manutenção. Aqui está uma olhada em algumas das inovações de destaque da CES que estão tornando sistemas sem bateria não apenas possíveis, mas práticos.

Indução Eletromagnética e Colheita de Energia Cinética

Como o movimento pode gerar energia significativa? A WePower Technologies respondeu a esta pergunta na CES 2025 com a linha de produtos Gerador de Captação de Energia Gemns^™. A tecnologia de indução eletromagnética da empresa utiliza ímãs oscilantes permanentes para gerar eletricidade a partir do movimento, entregando uma saída de energia 30 vezes maior (na faixa de milijoules) do que as tecnologias existentes de captação de energia cinética (tipicamente na faixa de microjoules).

Essa eficiência superior decorre da configuração única de ímã oscilante da WePower, que maximiza a densidade de fluxo enquanto minimiza a resistência mecânica. Diferentemente dos coletores cinéticos convencionais que dependem de movimento linear, seu design incorpora arranjos de polos magnéticos especializados que geram tensões induzidas mais altas mesmo a partir de movimentos sutis, convertendo efetivamente uma porcentagem maior de energia mecânica em saída elétrica. No evento, a WePower demonstrou implementações práticas dessa tecnologia em detectores de vazamento de água e controladores industriais.

Com uma abordagem semelhante, pesquisadores do MIT desenvolveram um sensor sem bateria que capta energia de campos magnéticos ao redor de fios elétricos, possibilitando o monitoramento da temperatura em tempo real sem fontes de energia externas.

Módulo de Bateria Coin com Fonte de Alimentação Autônoma (SCPS) da SMK Electronics ganhou um Prêmio de Inovação CES 2025 por criar o primeiro módulo de captação de energia da indústria para substituir as baterias tipo moeda CR2032 padrão. Esta inovação poderia ajudar a eliminar bilhões de baterias tipo moeda usadas em sensores, etiquetas e rastreadores.

Otimização Impulsionada por IA e Gestão de Energia

A integração de IA e aprendizado de máquina está melhorando os sistemas de captação de energia ao otimizar a gestão de energia. Algoritmos alimentados por IA ajustam estratégias de captação em tempo real, maximizando a eficiência de fontes como energia solar, térmica ou vibracional. A IA está cada vez mais sendo o cérebro por trás da autonomia energética, ajudando dispositivos a tomar decisões de energia mais inteligentes e instantâneas. 

Na CES 2025, a e-peas apresentou seus circuitos integrados de captação de energia de dupla fonte AEM13920 que otimizam a energia proveniente de fontes luminosas e baseadas em movimento. Suas demonstrações de detecção de movimento, sensoriamento de portas e monitoramento de dióxido de carbono validaram que aplicações práticas e livres de baterias agora são viáveis. O CEO Geoffroy Gosset enfatizou que "a autonomia energética para casas e edifícios inteligentes está se tornando cada vez mais crítica" à medida que os desenvolvedores buscam eliminar o impacto ambiental e os custos de substituição de baterias.

Geradores Eletrostáticos e Unidades de Gestão de Energia

Pesquisadores desenvolveram Unidades de Gerenciamento de Energia (EMUs) de alto desempenho que abordam desajustes de impedância em geradores eletrostáticos, aumentando a eficiência em até 50%. Esses novos designs de EMU incluem tubos de comutação por faísca e conversores buck, alcançando saídas de corrente contínua tão altas quanto 79,2 mW m⁻² rps⁻¹ em geradores de eletreto rotativos. Esse nível de saída torna essas unidades fortes candidatas para alimentar sensores em ambientes rigorosos onde a confiabilidade é essencial e a fiação não é viável. 

Sistemas Fotovoltaicos e Híbridos

Graças aos avanços na tecnologia solar, como células transparentes e flexíveis, a captação de energia luminosa permanece dominante e está cada vez mais integrada em sistemas híbridos. Os sensores sem bateria da EnOcean, por exemplo, aproveitam a luz solar ou o movimento para alimentar interruptores sem fio e sistemas de monitoramento ambiental. 

Esses sistemas híbridos que combinam múltiplas fontes de energia estão ganhando tração, exemplificados pelo dispositivo inspirado em folhas da Universidade do Nordeste que capta energia de gotas de chuva e vento. Ao mesclar fontes como sol, vento e movimento, os coletores híbridos reduzem o risco de lacunas de energia, o que é essencial para monitores de saúde, sensores de infraestrutura e outros dispositivos remotos.

Tendências de Mercado e Fatores de Crescimento

Estimativas da indústria projetam que o mercado global de sistemas de captação de energia cresça a uma taxa anual composta (CAGR) de 9 a 11%, esperando-se que ultrapasse $2,5 bilhões já em 2030. Os principais fatores impulsionando esse crescimento incluem:

• Proliferação da IoT: Redes de sensores sem fio em cidades inteligentes, saúde e automação industrial requerem fontes de energia sustentáveis para reduzir o desperdício de baterias.
• Incentivos Governamentais: Estruturas de políticas promovendo a adoção de energia verde, particularmente na América do Norte, estão impulsionando a expansão do mercado.
• Miniaturização Tecnológica: O progresso em eletrônicos de baixa potência e sistemas de armazenamento de energia impulsiona a criação de dispositivos cada vez mais compactos e eficientes.

Aplicações e Implementação

Infraestrutura Inteligente e IoT

A infraestrutura inteligente já está aproveitando a energia ambiente para alimentar sistemas de iluminação, HVAC e de tráfego. Componentes cinéticos e solares controlam a iluminação e o HVAC sem baterias, enquanto dispositivos habilitados para LoRaWAN^® com ICs avançados mantêm redes de comunicação de longo alcance com infraestrutura mínima. Essas aplicações mostram como a energia ambiental pode impulsionar o monitoramento e controle autônomos em paisagens urbanas.

Tecnologia Médica e Vestível

A colheita de energia proporciona operação contínua sem necessidade de recarga para dispositivos médicos que monitoram sinais vitais. Por exemplo, monitores de glicose vestíveis e rastreadores de frequência cardíaca agora utilizam o calor do corpo para se alimentarem, liberando os pacientes de recargas frequentes ou trocas de bateria.

Automação Industrial

Ambientes de fabricação, onde sensores de vibração ou térmicos podem detectar anomalias em equipamentos sem conexões com fios, apresentam oportunidades únicas para a colheita de energia. Geradores eletrostáticos aprimorados por EMU são particularmente eficazes em ambientes industriais severos, alimentando redes de sensores distribuídos para manutenção preditiva.

Desafios de Adoção e Direções Futuras

Apesar do progresso substancial nos últimos anos, as tecnologias de colheita de energia enfrentam vários desafios com a implementação atualmente:

• Complexidade da Integração Inicial: Componentes especializados e requisitos de personalização aumentam os custos de implementação.
• Intermitência da Energia: Fontes de energia ambiente como solar ou vibração naturalmente flutuam, exigindo sistemas de armazenamento avançados e gerenciamento de energia inteligente.
• Limitações de Material: Enquanto materiais como células solares flexíveis e polímeros piezoelétricos continuam avançando, a produção em massa de sistemas híbridos permanece incipiente.

No período de 2025 a 2030, vários desenvolvimentos cruciais moldarão a evolução da tecnologia nessas áreas-chave:

• Orquestração de Energia Impulsionada por IA: A integração profunda de IA permitirá otimização de energia dinâmica, análises preditivas e sistemas auto-regenerativos que maximizam a eficiência.
• Materiais Nanotecnológicos Avançados: Avanços em nanogeradores triboelétricos e revestimentos auto-regenerativos vão aumentar significativamente a eficiência de conversão.
• Sistemas Híbridos Multi-Fonte: Dispositivos que combinam captação solar, térmica e vibracional se tornarão padrão, mitigando as limitações das abordagens de fonte única.
• Expansão Além da IoT: A captação de energia alimentará cada vez mais sistemas maiores, incluindo sinalizações, eletrônicos de consumo e elementos da infraestrutura de transporte.

Planejando Hoje para a Captação de Amanhã

A transição de baterias descartáveis para sistemas de energia auto-sustentáveis representa uma das mudanças mais significativas no design eletrônico desta década. Como demonstrado na CES 2025, implementações práticas agora fornecem energia suficiente para aplicações do mundo real. Nos próximos cinco anos, avanços contínuos em IA, captação híbrida e design de componentes empurrarão o mercado em direção a sistemas verdadeiramente autônomos e responsáveis ambientalmente.

Engenheiros eletrônicos devem planejar para esse futuro, preparando-se para reconsiderar as suposições fundamentais da arquitetura de energia e desenvolvendo expertise em circuitos de ultra-baixo consumo, integração de armazenamento de energia e técnicas de captação multi-fonte. Engenheiros que dominarem a interação entre a disponibilidade de energia ambiente e os requisitos dinâmicos de energia estarão em grande demanda à medida que a autonomia energética se torna uma expectativa básica, em vez de uma característica especializada em sistemas eletrônicos.