x

Elektronika, která nepotřebuje kabel ani baterii. Živí se rádiovým šumem

14.  11.  2017 | Jakub Čížek | 15

  • Každá elektrická krabička má konektor pro napájení nebo baterii
  • Jenže pozor, jednou by to tak nemuselo být
  • Drobná elektronika se může živit rádiovými vlnami

Ačkoliv rádiové spektrum nabízí jako celek ohromnou šířku pro datovou komunikaci, většina bezdrátových výdobytků konce 20. a počátku 21. století se musí vejít do relativně úzkého 2,4GHz pásma. V něm vedle sebe soupeří na jedné straně výkonné mikrovlnky, průmysl a zdravotnictví, no a na straně druhé nám všem dobře známé Wi-Fi, Bluetooth, bezdrátové myši a klávesnice, mikrofony, chůvičky a hromada další elektroniky.

Li-Fi aneb světelný přenos tam, kde Wi-Fi nestačí Li-Fi aneb světelný přenos tam, kde Wi-Fi nestačí

Zahlcené rádiové spektrum

Jestli by si někdo zasloužil doživotní rentu a nobelovku za fyziku, měli by to být právě inženýři, kteří díky nesmírné optimalizaci dokázali vtěsnat stovky a tisíce komunikačních protokolů právě do 2,4GHz pásma, aniž by se to celé nezhroutilo.

79759330
Detailní přehled, jak Česko využívá rádiové spektrum, najdete na webu spektrum.ctu.cz

Kdyby byly při nakládání s frekvencemi rádiového pásma stejně efektivní i celé státy, pro volné komerční a amatérské použití by toho zbylo mnohem více.

Volné pásmo (ISM) tedy sice už dnes září jako štědrovečerní stromeček, ale s postupným zlepšováním elektroniky to až tak nepociťujeme. Jistě, pokud máte starý 2,4GHz Wi-Fi router, možná marně zápasí o volný kanál, ty novější na tom jsou však mnohem lépe. Právě díky optimalizaci. Podobně je tomu i v případě Bluetooth.

2,4 GHz jako zdroj elektrické energie

Inženýři z izraelského startupu Wiliot si před lety položili kruciální otázku: Když už se v pásmu ISM šíří takové množství neviditelné energie, nebylo by možné ji využít podobným způsobem, jak to umějí třeba pasivní RFID a NFC odpovídače?

147090466
Pásmo 2,4 GHz je plné energie, která by mohla stačit pro napájení extrémně úsporné elektroniky internetu věcí

Jen připomenu, že tyto pasivní vysílače nemají žádný vlastní zdroj energie – žádnou baterii. V jejich obvodu se objeví napětí teprve tehdy, když na jejich frekvenci začne v blízkosti zářit nějaký vysílač. Jelikož se jedná o titěrné obvody se slaboučkým výkonem, k jejich probuzení stačí nepatrný zlomek energie.

Android Pay je v Česku! Ode dneška můžete platit mobilem místo kartou Android Pay je v Česku! Ode dneška můžete platit mobilem místo kartou

Typickým příkladem jsou bezkontaktní platební karty. Když se přiblíží k terminálu, energie jeho vysílače jim dodá napětí a slaboučký proud, čip v kartě provede výpočet, odpoví, obvod se vybije a vám se z účtu strhne příslušná částka.

Bluetooth elektronika bez baterie

WIliotu však nejde o nějaké probouzení primitivních RFID/NFC obvodů. Chtějí probouzet něco energeticky zdánlivě mnohem náročnějšího: Bluetooth! „Okolo nás je ohromné množství energie Bluetooth. Doslova se v ní koupeme,“ sdělil magazínu IEEE Spectrum literárně naladěný viceprezident malého startupu Steve Statler a pochlubil se droboučkým pasivním tagem velikosti nehtu, který by mohl namísto RFID a NFC komunikovat skrze mnohem rozšířenější Bluetooth.

BlueBorne ovládne váš mobil a počítač za deset sekund. Stačí mít zapnuté Bluetooth BlueBorne ovládne váš mobil a počítač za deset sekund. Stačí mít zapnuté Bluetooth

Dává to smysl, NFC se totiž nachází v jakémsi bezčasí. Zatímco před pěti-šesti lety se zdálo, že se bude jednat o klíčovou technologii na mobilech, ve skutečnosti se moc nerozšířila a dodnes bohužel není ani samozřejmou součástí každého modelu.

Změnit by to snad mohl pouze nástup mobilních plateb. Ostatně takový Google dnes v Česku spustil svůj Pay a lze předpokládat, že časem k nám zamíří se svou konkurenční bezkontaktní technologií také Apple.

Bluetooth perpetuum mobile za dolar

Ale zpět do Izraele. V případě podobných tagů je naprosto klíčová cena. Wiliot slibuje, že ty své založené na Bluetooth nabídne pro komerční využití v roce 2019, přičemž cena by neměla přesáhnout jeden dolar.

116406762
Ilustrace Bluetooth tagu od Wiliotu

Drobný čip velikosti onoho nehtu bude mít tloušťku listu papíru, startup si tedy slibuje rozmach třeba v logistice, navigaci v budovách (triangulace pomocí signálů z několika tagů) a tak dále. Princip fungování takové elektroniky je přitom velmi podobný právě RFID a NFC. Obvod získá energii z pulzů komunikace Bluetooth a skrze Bluetooth i odpoví.

Mimochodem, izraelskému startupu uvěřil třeba Qualcomm, který do něj letos a společně s dalšími partnery nalil devatenáct milionů dolarů.

Telefon, ze kterého zavoláte, aniž by měl baterii nebo solární panel

Podstata technologie, které se v angličtině říká backscattering tedy není nikterak nová a inženýři si s ní v laboratorních podmínkách hrají už roky. Ostatně, snaží se oživit i mnohem sofistikovanější a zábavnější elektroniku než nějaký maličký tag.

0997c1c1-1daa-4530-91a8-3c5d008db8ea2a8cf9f5-f25c-491e-93c0-72cdcd3b56beef203612-830b-4668-8fa9-f36e869672ee6be27387-2806-40ab-8c43-14ecb07e64fb0916b9e2-ea6e-4b3b-9578-2e8823ed8ca1
Miniaturní telefon se spotřebou v řádu jednotek mikrowattů. Energii k vlastnímu provozu sbírá z rádiového spektra.

Krásným příkladem je projekt s všeříkajícím názvem Battery Free Phone z Washingtonské univerzity. Je to příklad dokonalé optimalizace spotřeby, mobil totiž k chodu vyžaduje pouze několik málo mikrowattů elektrické energie, kterou získává z okolního elektromagnetického šumu.

V praxi se jedná o jednoduchý tištěný obvod, který musí komunikovat se speciální základnou. Kontakt s ní udrží na vzdálenost asi patnácti metrů. Teprve ta může sloužit jako brána do klasické mobilní sítě. Jedná se tedy hlavně o proof of concept – doklad, že je něco takového vůbec možné.

Vylepšená li-ion baterie se nabije za 6 minut a má abnormální životnost Vylepšená li-ion baterie se nabije za 6 minut a má abnormální životnost

Internet věcí by mohl recyklovat energii, která je všude okolo

Podobně je na tom další projekt WiFi Backscatter z Washingtonské univerzity, který zase backscattering používá pro Wi-Fi komunikaci. Jednoduchý obvod získá energii k chodu díky silnému signálu Wi-Fi a jeho kmitočet pak využije i k vyslání pulzu s daty. Odpoví tedy přímo do internetu právě skrze Wi-Fi.

929720564
Wi-Fi Backscatter Tag je stejně primitivní jako pasivní RFID/NFC tag, informaci nicméně dokáže díky Wi-Fi jako nosiči dostat až na internet.

Na přenos filmů to samozřejmě není, ale stačilo by to k oživení třeba velmi jednoduché součástky, která se může periodicky probouzet a odesílat údaj o teplotě či jinou stavovou informaci. I tento experiment k chodu vyžaduje méně než deset mikrowattů, což je o mnoho řádu méně, než kdyby komunikoval jako plnohodnotný klient Wi-Fi – třeba váš telefon, laptop nebo tablet.

Svět okolo nás tedy opravdu nebývalou měrou září do okolí, a přestože se jedná o zdánlivě malá kvanta energie, drobné elektronice internetu věcí by jednou mohla sloužit jako stálý zdroj energie. Drobné čipy by tímto způsobem mohly do okolí samy vysílat data, aniž by byly vybavené jakoukoliv baterií nebo třeba solárním panelem. Jednalo by se tedy o jistou formu recyklace energie.

Jak zjistit heslo na WiFi Jak zjistit heslo na WiFi

Další článek »

Diskuze
15 příspěvků
Témata článku: Google, Apple, Věda, Technologie, Wi-Fi, Český telekomunikační úřad (ČTÚ), Qualcomm, Baterie, Energie, Bluetooth, Fyzika, NFC, Jistá forma, Podobný tag, Mobilní platba, Volný kanál, Rádiový šum, Elektronika, Malý start-up, ISM, Typický příklad, Obvod, Laboratorní podmínky, Bezdrátová myš, Drobný čip
Sdílet článek
Další mobilní weby