Makineden Makineye (M2M) Çözümler ve Nesnelerin İnterneti

Endüstri 4.0 üst başlığı altında geçen Makineden Makineye (M2M) çözümleri, yakın geçmişte iş dünyasının yabancı olduğu bir takım işletme potansiyellerini açığa çıkardığından ikincil ekonomik sektörlerde giderek daha fazla önem kazanmaktadır. M2M ilk etapta en az iki bilgisayarın otomatik bilgi alışverişinde bulunduğu bir süreçtir. Bunlar mesela uç elemanları, üretim makineleri, otomatlar, motorlu araçlar arasında ya da merkezi bir kontrol odası üzerinden gerçekleştirilebilir. İnternet makineler ve uç elemanları arasında bağlantı elemanı olarak kullanılacak olursa “nesnelerin interneti” nden bahsetmiş oluruz. Yerel M2M çözümleri, mesela RFID ile çalışırken Nesnelerin İnterneti’nde haberleşme yolu olarak farklı WAN erişim ağları kullanılır. Böylelikle M2M çözümleri bilişim ve iletişim tekniklerini birbiriyle ilintili hale getirmektedir. 

Enerji Verimliliği Yüksek Süreçlerin Oluşturulması. 

Bu tarz çözümlerin yardımıyla, iş akışlarının uygun maliyetlerle rasyonalize edilmesi ve üretim artışlarının sağlanması mümkün olabilmektedir. Örneğin satış otomatlarının merkezi bir bilgisayar ile bağlantılı hale getirilmesi sonrasında bu cihazlar kendi başlarına hangi haznesinin hangi ürün ile doldurulması gerektiğini bildirebilir hale gelecektir. Böylesi bir uzaktan takip sistemi sayesinde satış otomatında uzun süreli arıza nedeniyle oluşabilecek satış / kar kayıplarının önüne geçilerek, otomatın işletmesini yapanların otomat üzerindeki doğrudan ve düzenli denetimlerini devam ettirmeleri sağlanmış olacaktır. İş süreçlerinde meydana gelen bu iyileştirmeler ve bununla ilintili tasarrufların oluşması neticesinde sanayi için büyük bir Pazar potansiyeli ortaya çıkmaktadır. 

M2M ve Nesnelerin İnterneti 

      Herşeyden önce, M2M enerji yönetiminde daha önce hiç olmadığı kadar önemli bir rol oynamaktadır. Enerji talebi sürekli şekilde arttığından, enerji maliyetleri tüketiciler açısından olduğu kadar sanayi için de artmaya devam etmektedir. Aynı zamanda, büyük enerji tüketimine paralel olarak çevre sorunlarının giderek daha fazla ön plana çıktığı görülmektedir. Bu nedenle, tüm tüketicilerin gerçekleştirdiği enerji tüketiminin tanımlanarak ve tüm yönleriyle açıklığa kavuşturulnası sonrasında sağlanacak olan maliyetlerdeki düşüş ve enerjinin sürekliliği gibi kavramlar daha da optimize edilebilir. Bu hedefe Enerji-Konseptleri ile ulaşmak mümkündür. Enerji-Konseptleri ile kastedilenler arasında, örneğin Akıllı Monitör, Akıllı Mobil, ve Akıllı Bütüncül Çözüm (smart complete) vs sayılabilir. Özellikle, en son enerji yöntemleri M2M teknolojileri tabanlıdır ve akıllı şebekeler kavramıyla (smart grids ) birlikte tanınır hale gelmişlerdir. Akıllı Bütüncül Enerji-Konsepti akım ölçümü ve takibinde görev alan ve akıllı şebekeleri otomatikleştiren bütüncül bir sistemdir. Akıllı şebekelerde gerçek zamanlı olarak enerji tüketimini göstererek üretici ve tüketiciye aynı anda bu bilgiyi servis eden akıllı sayaçlar bulunmaktadır. Yine akıllı şebekelerle (kullanıcı dostu bir arayüz programı ile ) elektrik enerjisini bilinçli ve etkin kullanabilen meskenlere ait verilerin oluşturulması mümkündür. Akıllı Bütüncül Enerji Konsepti çözümü sayesinde en yüksek bir verimde bile sistemin şeffaflığı en üst seviyede garanti edilmektedir. 

İşletmelerde Akıllı Bütüncül Sistem, elektrik ihtiyat pazarına (spot pazar) yönelik olarak tümüyle akıllı bir ölçüm çözümü sunduğundan , işletmeler için özellikle faydalıdır. Bu çözüm sayesinde tüm enerji türlerine ait verilerin işlenmesi, otomatik bir ağ geçit kontrolü olarak Keep-Alive yani güvenli veri akışı çözümünün sunulması, ve uyarı/alarm verilmesi vs bir çok özellik, işletme için gereken iyileştirme süreçlerinde oldukça etkin şekilde kullanılmaktadır.

Nano-Optik İşlemci Ses Tanımlayabiliyor

Süperbilgisayarlar 200 Petaflop yani bir saniyede 200 milyon kere Milyar işlemi yapabilme noktasına doğru evriliyorlar. Ne var ki çok yüksek enerjiye ihtiyaç duymaları nedeniyle insan beyninin verimine sahip olmaları şu an için zor görünüyor. Şimdilerde nanofotonik modül tabanlı bir işlemci ile çok hızlı ve verimli yapay nöronik ağların temeli oluşturuluyor. Yapay zeka uygulamalarının en temel konusu olan sinir ağlarının çalışma prensibinden esinlenerek geliştirilen bu yapılarla gelecekte insan zekası ile her yönden başa çıkabilecek süper bilgisayarlar tasarlamak mümkün olabilecek. Amerikalı araştırmacılar “Nature Photonics ” dergisinde geliştirdikleri prototipin, ışık darbeleri vasıtasıyla 100 Ghz hızında işlem yapabildiğini ifade etmekteler.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden Yichen Shen “Optik tabanlı nöronal ağ yapısının en önemli parçasını geliştirdik, ama henüz eksikleri olan bir sistemden bahsediyoruz. ” diyor. Ekip arkadaşlarıyla birlikte geliştirdikleri Nanofotonik İşlemci, ışık dalgalarının içinden geçişleri sırasında sürekli olarak birbiriyle karşılıklı etkileşim içerisine girdikleri ve karşılıklı girişimler yoluyla girişim desenleri ve bu şekilde işlem sonuçlarını meydana getirdikleri 56 interferometre (girişim ölçer )den oluşuyor. Çok basit şekilde bir lensin tek başına bir işlem yaptığını düşünebiliriz. Işık lense girer ve belli bir açıyla yön değiştirerek yoluna devam eder. Çok sayıda interferometrenin içerisinden geçen ışığı istenilen şekilde değişime uğratması sonucu elektrik kullanmadan ve bu sayede herhangi bir güç kaybı yaşamadan hesap yapılması mümkün olmakta. Bu modüller bir ışık dalgasının dalga sırtı ve dalga çukuru arasındaki fazı ölçecek şekilde tasarlanmış olup bunlardan söz konusu fazın değiştirilmesi hedeflendiğinde de faydalanmak mümkündür. Prototip aşamasındaki mikroişlemci içerisindeki bulunan ve bir sinir ağındaki nöronlara benzetebileceğimiz bu interferometreler kaskat yapıda sıralanıyorlar.

Nano-Optik İşlemcilerle Çok Daha Hızlı ve Verimli Süperbilgisayarlara Sahip Olacağız.( Fütüristik Bir Görsel Çalışmasıdır)

Araştırmacılar çok daha pahalı ve kompleks modellerle bu konseptlerini simüle ettikten sonra bir ses tanıma algoritması kullanarak test sürecini devam ettirdiler. Fotonik işlemcilerin çalışma prensibi şu şekilde :

Sistemin tanımadığı bir ses belirli bir dalga boyu ve genliğine getirilerek lazer formatında bir ışık sinyaline dönüştürülüyor. Interferometre kaskat yapısına sokulan ışık sinyali, hemen peşinden sisteme dahil edilen diğer lazer darbeleri ile etkileşime girdikten sonra her bir interferometre üzerinde farklı girişim desenleri ve dolayısıyla yapılması istenen işlemin sonucu ortaya çıkıyor.

Bu son derece yüksek hızda gerçekleşen işlem neticesinde ortaya çıkan ışık sinyali son derece duyarlı bir fotodedektör tarafından algılanarak bir analiz programı yardımıyla tekrar bir sese dönüştürülüyor. Bu dönüştürme işlemi tamamıyla optik bir sistem yardımıyla 180 test denemesinden 138 tanesinde bir sesin tonunu doğru şekilde tanımlayabilmiş. Mukayeseyi kolaylaştırabilmek amacıyla araştırmacılar ses tanıma işlemini, daha yüksek isabet yüzdesine sahip konvansiyonel elektronik sistemlerle de yapmışlar.

Güvenilir bir ses tanıma veya daha kompleks problemleri çözebilme yeteneğine sahip olan fotonik ışık bilgisayarının henüz bu sistemlerden çok uzakta olduğu anlaşılmakta. Fakat Shen ve arkadaşları, kendilerinin yarattığı nanofotonik yapıtaşları ile yaklaşık 1000 nöronlu nöronal ağlar kurulabilmesini mümkün görüyorlar. Geleneksel bilgiyar sistemlerinin elektronik devrelerinden farklı olarak bu sistemlerle, enerji tüketiminin belki  de  yüzde birlere kadar düşebileceği düşünülüyor. Bu da gelecekte insan beyniyle yarışabilecek üstün verimli sistemler oluşturabilme hayalinin önünü açacağa benziyor. 

Doğrudan Metanollü Yakıt Hücreleri (DMYH)

Sıvı beslemeli doğrudan metanollü yakıt hücreleri taşınabilir uygulamalarda lityum-iyon bataryaların en ciddi rakiplerinden biridir. Çünkü bu sistemler diğerlerine kıyasla daha az yardımcı ekipman gerektirmektedir ve bu nedenle hidrojen polimer elektrolitli ( H2PEFC )yakıt hücrelerine kıyasla daha basit bir yapıdadırlar. Her ne kadar bu sistemler, hidrojen polimer eletkroliti yakıt hücreleriyle birlikte polimer elektrolitli tipler sınıfına dahil olsa da (yani aynı tip elektrolitlere sahiptirler) DMYH’lerde yakıt olarak metanol ve sudan oluşan bir sıvı solüsyonu anoda verilmektedir. Hücrenin içinde düşük sıcaklıklı tekrar oluşum süreçlerinin fazladan meydana getirmiş olduğu kompleks durumlar , bu hücrelerin hidrojen polimer elektrolitli yakıt hücreleriyle aynı seviyede enerji yoğunluğuna sahip olmalarına engel olur. Doğrudan metanollü yakıt hücrelerinde anod ve katot aktivasyon polarizasyonları önemlidir ve aynı büyüklüktedirler. Fakat H2PEFC ile kıyaslandığında daha düşük bir performansa sahip olmasının yanında başka bir takım üstünlükleri, bu zayıflığını önemli ölçüde önemsizleştirmektedir. Bu avantajlara bakalım:

1- Anot akışını sağlayan genellikle sıvı olduğu için (gaz halindeki CO2, metanol oksitlenmesinin sonucunda ortaya çıkar) ayrı bir soğutma veya nemlenndirme altsistemine ihtiyaç duymaz.

2- Anotta kullanılan sıvı yakıt , gaz akışına kıyasla kıyasla daha düşük parazit (gürültü) pompalanmasına neden olur. Aslında, henüz geliştirilen yeni bir pasif doğrudan metanollü yakıt hücreleri sınıfı, tepkiyen doğurabilmek için kapiler hareket, (sıvıların ) kaldırma özelliği, difüzyon vs gibi doğal kuvvetlere dayanarak iş görmek yerine dış gürültü kayıplarına maruz kalmadan da üretim yapabilmektedir. 

3- Dış çevre basıncında depolanmış yüksek yoğunluklu sıvı yakıt yakıt depolamanın gerektirdiği hacim gereksinimini ortadan kaldırır. Yakıtın yüksek yoğunluklu (>10 M) metanol olması durumunda doğrudan metanollü yakıt hücreleri, lityum iyon bataryalar ile rekabet edebilir hale gelmektedir. 

Doğrudan Metanolü Hücreye Doldurarak Telefonumuzu Şarj Etmemiz Mümkün.

Buck (Düşürücü) Kıyıcılar

Teori ve Temel Devreler

Yüksek bir doğru gerilim (örn. 24 volt)’den düşük bir çalışma gerilim(5 volt)’i elde etmek istiyorsak sabit gerilim regülatörünün kullanılmasıyla, giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki farkın çok yüksek olmasından kaynaklı olarak çok ciddi bir güç kaybı ortaya çıkacaktır. Buck kıyıcılar ise % 95 lere varan bir verimliliğe sahiptir ve devresinin sadeliği sayesinde çok uygun bir çözüm sağlama potansiyeline sahiptir. Kıyıcı kelimesi burada DC-DC dönüştürücü manasında kullanılmaktadır. 

Bu kıyıcılarda genel olarak iki tür çalışma modu söz konusudur:

Sürekli Mod:

Bir kıyıcı tam yük altında çalışırken çoğunlukla bu moddadır. L endüktansı üzerinden geçen akım hiçbir surette sıfıra düşmez.

Anahtar (tranzistör ) iletime sokulduğunda endüktörü üzerinde depolanan enerji daha da artarken, anahtar devreden çıkarıldığında bu enerji azalmaktadır. Bu modda endüktör üzerindeki akım hiçbir zaman sıfıra düşmemektedir. 

Aşağıdaki grafikte sürekli  modda çalışan bir Buck kıyıcının 2 fazı birlikte görsel olarak verilmektedir. 

Buck Kıyıcılarda Sürekli Modda  Akım Gerilim Grafiği 

1.Faz: Anahtar devreye girdiğinde L endüktörü üzerinde giriş gerilimi UE ve çıkış gerilimi UA. arasındaki fark kadar bir gerilim uygulanmış olur. Bobinden (endüktör ) doğrusal olarak artan bir akım akar. Bu şekilde bobinin manyetik alanında bir enerji depolanmış olur. 

Buck (Düşürücü) Kıyıcı 1.faz (Sürekli Mod)

2. Faz: 

Anahtarın açılmasının ardından bobinin anahtar tarafındaki gerilimi düşerek koruma diyodunun devreye girmesine neden olur. Şimdi, bobinin kutupları tersine dönerek, depoladığı enerjiyi doğrusal olarak azalan bir akım şeklinde tüketmeye başlar. Bobinin akımı sıfıra düşmeden,anahtar tekrar iletime geçerek bobinin anahtar tarafındaki gerilimini giriş gerilimi mertebesine çeker. Koruma diyodu (D) tıkamaya geçer ve böylelikle yeni bir şarj fazı başlamış olur.

Buck  (Düşürücü) Kıyıcı  2. faz (Sürekli Mod )

Kesintili Mod 

3.Faz:  

Düşük yük altındaki çalışma halinde, gereksinim duyulan enerji o denli düşüktür ki normal bir anahtarlama çevrimindekinden daha kısa bir sürede aktarılabilirler. Bu durumda bobin (L endüktör) üzerinden akan akım değeri sıfıra düşerken enerjisini tümüyle devreye vermektedir. Bu anahtarlama çevriminin üçüncü fazında çıkış gerilimi, yük depolayan bir kondensatör tarafından tamponlanır. 

Buck (Düşürücü) Kıyıcı 

Aşağıdaki grafikte kesintili modda çalışan bir Buck kıyıcının 3 fazı birlikte görsel olarak verilmektedir.

Buck Kıyıcılarda Kesintili Mod Akım Gerilim Grafiği 

                                        

Yüksek Gerilim Trafolarında Ferrorezonans Olayı

Ferrorezonans elektrik şebekelerini olumsuz şekilde etkileyebilen ve doğrusal olmayan özelliklerde ortaya çıkan bir rezonans olayıdır. Bu fenomen kendisini elektrik teçhizatına ciddi şekilde zarar veren aşırı harmonik akımlar, geçici veya sürekli hal aşırı gerilimler ve aşırı akımlar şeklinde göstermektedir. 

Orta gerilim şebekelerinde kullanılan ( 7,2 … 36 kV ) gerilim ölçü trafolarında bu olayla karşılaşmak pek olasıdır. İstatistiki bilgiler sahaya kurulan ölçüm trafolarının yaklaşık olarak % 10’unun her yıl toprağa akan 10 Amperlik bir kısa devre akımı neticesinde arıza verdiğini göstermektedir. Bunun ana nedeni gerilim trafosunun yüksek gerilim sargılarının çekirdeğin doyuma gitmesine ve endüktif direnci ciddi şekilde düşüren (empedansın ana öğesi bu endüktanstır ) yüksek akımlar nedeniyle oluşan ısıdan kaynaklı olarak bozulmasıdır. Çekirdeğin doyuma gitmesi devre kapasitansı ve trafonun doğrusal olmayan endüktansının birlikte oluşturduğu salınım (osilasyon) nedeniyle olur. Böyle bir salınım,karasız tek faz toprak temasları ile başlatılır; gerilim trafosunun kısmi fazda çalışması yüksek gerilim devre sigortalarının atmasından, gerilim trafosunun yüksüz bara altında çalışması, gerilim trafosundaki yüksek gerilimin eşlik ettiği güç trafosu kısmi fazda çalışma vs gibi nedenlerde meydana gelmektedir.

Multirooming Nedir?

Multirooming bir evdeki odaların her birine ses ve görüntü sinyallerinin ayrı ayrı dağıtılmasıdır. Bu teknolojiyle KNX benzeri bus sistemleri yardımıyla, herhangi bir stereo ses altyapısını ihtiyaç duyulmaksızın ve ses kayıt ortamını ortamdan ortama taşımak zorunda kalınmaksızın her odada konforlu bir şekilde müzik dinlemek mümkün olabilmektedir. Bunun yanında tüm odalarda örneğin yatak odasında slow müzik veya uyandırma amaçlı, oturma odasında klasik müzik, mutfakta haberler, ve genç/çocuk odasında aktüel hit müzik vs gibi farklı müzikleri dinleme olanağı bulunmaktadır.

Multirooming Teknolojisi Evinizde  Daha Konforlu Bir Müzik Altyapısı Kurmanızı Sağlar

Tüm görüntü ve ses sinyalleri, örneğin MP3 dosyaları, radyo, televizyon ve benzeri pek çok sinyal tek bir sistem üzerinden fakat farklı kanallarda olacak şekilde uç noktalara taşınır. Her bir kanal ayrı ayrı tüm odalara bölgeler için seçilebilir. Aynı şekilde tüm odalarda ayrı ayrı ses şiddeti ayarlanabilir. Yazılımsal olarak kanallar ile odalar arasında istenilen türde kombinasyonlar yapmayı mümkün hale getirir. Bir tuşa dokunarak tüm odaların aynı kaynaktan ses/görüntü alması sağlanabilir. Kontrol işlemleri genellikle ekran veya dokunmatik paneller üzerinden yapılırken, müzik dosyasına ait temel bilgiler (başlık, yorumlar, süre vs) gösterilebilmektedir.

Multirooming Kontrol Paneli Dokunmatik Ekran

Nanoteknoloji ve Akkor Telli Lambalar

Avrupa Birliği Komisyonu'nun 2008 yılında akkor telli lambaların üretim ve satış yöntemlerinin kademeli bir şekilde kısıtlanacağını bildirmesine karşılık olarak büyük bir tüketici direnci meydana gelmişti. Her ne kadar, halojen lamba ve led gibi alternatif ışık kaynakları o günden bu yana giderek gelişme göstermiş olsa da , akkor telli lambanın çevremizi kusursuz bir renk kalitesinde gösterebilmesini sağlayan o sıcak ışığını üretebildiklerini iddia etmek imkansız. 

Yine de akkor telli lamba taraftarları onların çok düşük verimli olduklarını göz ardı etme lüksüne sahip değiller. Bu lambaların tükettiği enerjinin yaklaşık % 95’i ısı ve insan gözünün algılayamadığı dalga boyunda ışık olarak kayboluyor. Amerikalı bir araştırma ekibi bu büyük ısı kaybını inanılmaz bir şekilde asgariye indiren bir yöntem geliştirerek bu lambalara farklı bir gözle bakılabilmesini sağladılar. 

Isı enerjisi yansıtılarak tekrar faydalı hale getiriliyor (geri dönüştürülüyor). 

Massahusetss Teknoloji Enstitüsü (MIT) fizikçileri alanında bir çığır açması beklenen buluşlarını Journal Nature Nanotekchology dergisinde bilim dünyasına sundular. Buna göre nanoteknoloji sayesinde akkor telli lamba yeniden hayatımıza geri dönecek gibi görünüyor. Bu teknikte 2700 °C ye kadar ısınan konvansiyonel akkor telli lambalar aslında sadece şekil yönüyle bir değişikliğe uğratılıyor. Fakat normalde kızılötesi ışıması olarak ortama saçılarak kaybolan ısı enerjisi tekrar kaynağına geri verilerek faydalı bir enerjiye dönüştürülüyor. Araştırmacılar buna “geri dönüştürme “ adını veriyor. 

Nano Malzeme İle Takviye Edilen Nano Telli Lambanın Verimi Tasarruflu Lambalarla Boy Ölçüşüyor

Bunun için normal akkor telli lambadaki flaman görünür ışığı geçiren ama kızılötesi ışığı engelleyen bir nano yapı ile sarılıyor. Tekrar kaynağına geri döndürülen bu ısı ışınımının flaman tarafından emilmesi ve böylelikle görünür ışığa dönüşmesi sağlanmış oluyor. Burada söz konusu olan nano malzeme pek çok katmandan oluşan ve görünür ışığın geçişine izin verip kızılötesi ışığa farklı açılardan yansıma yapmasını sağlayarak izin vermeyen özellikte fotonik kristalli bir yapıda. Araştırmacılar ısı ışınımının tekrar kazanılmasında verimi daha fazla artırabilmek amacıyla akkor flaman yerine aslında bir wolfram levhacık kullanmışlar. 

Işıksal Verim Eskiye Göre 2-3 Kat Daha Yüksek

İlk prototipte yeni nesil akkor telli lamba yaklaşık % 6,6 verim elde etmiş bulunuyor. Işıksal verim bir lambanın ürettiği ışık akısının çekilen toplam güce oranı ile ilgili bir kavram. Bu rakam büyüdükçe aynı enerji tüketiminde göze gelen faydalı ışık akısının miktarı da artıyor. Eski tip akkor telli lambalarda bu değer % 2-3, tasarruflu florasan lambalarda % 7-15 ve led lambalarda ise % 5-15 mertebelerinde seyrediyor. Araştırma ekibi nano malzemeyle üretilen bu lambalarda verimin artmasını ve modern ışık kaynaklarıyla boy ölçüşmesini imkansız görmüyorlar. 

Neticede oldukça yüksek verimli olan bu minik akkor telli lambanın sıcak ışığını kaybetmediğini , bu lambaların fiyat bakımından oldukça makul rakamlarla üretilebileceğini çünkü malzemenin bol ve ucuz bir malzeme olduğunu bu teknolojinin sadece akkor telli lambalara değil mesela elektrik ve ısı üretiminin birlikte gerçekleştiği termofotovoltaik alanına da tatbik edilebileceğini düşünüyorlar. 

Dünyanın En Küçük Akkor  (Nano )Telli Lambası (Grafen )

Diğer taraftan New Yorklu bir araştırma grubu da nano teknoloji ile bir deneye imza attılar. Grafeni elektrik akımı ile ısıttıktan sonra tekil atomlardan oluşan bir kafes yapıya sahip olan malzemenin görünür ışık vermesini beklenmiş. Ve sonra ne olmuş? Tabii ki ışık ortaya çıkmış. Bu basit yapı şu anda bu haliyle dünyanın en minik akkor telli lambası olarak tanıtılıyor.

Dünyanın En Küçük Akkor (Nano )Telli Lambası