Ingenieurs Bereiken 28-Microwatt WiFi Radio, Instaatstellend Batterijloze Slimme Apparaten

De nieuwe ultra-lage WiFi-radio verbruikt slechts 28 microwatt om data te transmitteren met 2 megabit per seconde over een bereik van 21 meter. Het kan batterijloze slimme apparaten en volledig draadloze huishoudelijke opstellingen mogelijk maken.

Het Energieprobleem Van IoT

Ondanks de voortdurend groeiende populariteit van Internet of Things (IoT) apparaten, is hun nut beperkt door hun batterijduur. Een significant fractie van het energieverbruik in deze apparaten komt van de WiFi-radio, vooral bij het transmitteren van data bij hoge pieksnelheden.

Bestaande WiFi-radio's nemen meestal honderden milliwatt vermogen om IoT-apparaten met WiFi-transceivers te verbinden. Dit is waarom apparaten met ingebouwde WiFi ofwel frequente oplading, externe stroomvoorzieningen, of grote batterijen nodig hebben om te draaien.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië San Diego een miniatuur apparaat ontwikkeld dat ongeveer 5.000 keer minder stroom verbruikt dan bestaande WiFi-radio's om IoT-apparaten met standaard WiFi-netwerken te verbinden.

Het apparaat verbruikt slechts 28 microwatt (µW) om data te transmitteren met 2 megabit per seconde over een bereik van 21 meter. Het kan geïntegreerd worden met smartphones, kleine camera's en sensoren. Klanten hoeven geen extra apparatuur te kopen, aangezien het directe communicatie mogelijk maakt tussen IoT-apparaten en een nabijgelegen WiFi-toegangspunt.

Hoe Werkt Het?

Om op aanzienlijk lage stroom te opereren, transmiteert de WiFi-radio data door een methode genaamd backscattering te benutten. In de natuurkunde verwijst backscattering naar de reflectie van golven of signalen terug naar de richting waar ze vandaan kwamen. Het wordt meestal gebruikt in fotografie, astronomie en ultrasonografie.

Deze nieuw ontwikkelde chip vangt inkomende radiogolven (WiFi-signalen) op van een nabijgelegen WiFi-toegangspunt of apparaat (zoals een laptop). Het wijzigt de signalen vervolgens, door zijn eigen data erop te coderen. Ten slotte worden de gecodeerde signalen gereflecteerd op een apart WiFi-kanaal naar een ander toegangspunt of apparaat.

Extreem-lage vermogen WiFi-radio's geïntegreerd in kleine chips. Elke chip meet 1,5 vierkante millimeter in oppervlakte. | Credit: David Baillot | UC San Diego

Om zo'n laag-vermogen WiFi-radio-technologie te bouwen, ontwikkelde het onderzoeks team een component genaamd wake-up receiver. Het is verantwoordelijk voor het 'wakker maken' van de WiFi-radio alleen wanneer IoT-apparaten data moeten overdragen/ontvangen. De rest van de tijd blijft het in lage-standby-modus, met een verbruik van slechts 3 µW.

Het onderzoeks team toonde ook een verbeterde versie van hun technologie, met een custom geïntegreerde schakeling voor backscattering van data. Dit maakt het hele systeem compact en efficiënter, waardoor het apparaat over grotere afstanden kan opereren (tot 21 meter).

Kortom: dit is de eerste pragmatische chip die in laag-vermogen, compacte apparaten geïmplementeerd kan worden. Volgens de onderzoekers kan het de ontwikkeling van lagere-vermogen wearables, batterijloze slimme apparaten en meer draagbare, volledig draadloze huishoudelijke opstellingen versnellen.