Прорыв в использовании аккумулятора

Dec 17, 2023

Представьте, что вы можете открыть холодильник, открыть приложение на своем телефоне и сразу узнать, срок годности каких продуктов истекает через несколько дней. Это одно из приложений, которое позволит реализовать новая технология, разработанная инженерами Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Эта технология сочетает в себе чип, встроенный в упаковку продукта, и обновление программного обеспечения на вашем телефоне. Телефон становится способным идентифицировать объекты на основе сигналов, излучаемых чипом на определенных частотах, в данном случае Bluetooth или Wi-Fi. В промышленных условиях смартфон с обновленным программным обеспечением можно использовать в качестве считывателя RFID.

Специальный чип, размером примерно с песчинку и стоящий всего несколько центов в производстве, требует настолько мало энергии, что может полностью питаться от сигналов LTE — метода, называемого сбором радиочастотной энергии.

В работе используются прорывы в области обратной связи, которая использует сигналы, уже сгенерированные вашим смартфоном, и перенаправляет их обратно в формате, понятном вашему телефону. По сути, этот метод использует в 1000 раз меньше энергии, чем современный метод для генерации сигналов Wi-Fi. Эти достижения позволили осуществлять связь с очень низким энергопотреблением между компонентами Интернета вещей и оборудованием, таким как приемопередатчики Wi-Fi или Bluetooth, для таких приложений, как датчики на теле. или трекеры активов.

Специальный чип, размером примерно с песчинку и стоящий всего несколько центов в производстве, требует настолько мало энергии, что может полностью питаться от сигналов LTE — метода, называемого сбором радиочастотной энергии. Чип преобразует передачи Bluetooth в сигналы Wi-Fi, которые, в свою очередь, могут быть обнаружены смартфоном с соответствующим обновлением программного обеспечения.

Команда представит свою работу на Международной конференции по твердотельным схемам IEEE в Сан-Франциско 20 февраля 2023 года.

В настоящее время современная модуляция обратного рассеяния требует двух внешних устройств: одного для передачи, а другого для приема и считывания сигналов. В этом документе конференции представлена ​​первая интегральная схема обратного рассеяния, которая может обеспечить беспроводную связь и работу без батареи с помощью одного мобильного устройства.

«Этот подход обеспечивает надежный, недорогой и масштабируемый способ подачи питания и обеспечения связи по принципу RFID, используя при этом смартфоны в качестве устройств, которые одновременно считывают и подают сигналы», — сказал Патрик Мерсье, один из старших сотрудников газеты. авторы и профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Более широкое обещание этой технологии заключается в разработке устройств, которым не нужны батареи, поскольку вместо этого они могут получать энергию из сигналов LTE. Это, в свою очередь, приведет к созданию устройств, которые будут значительно дешевле и прослужат дольше, вплоть до нескольких десятилетий, говорит Динеш Бхарадиа, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Сан-Диего и один из старших авторов статьи.

«Электронные отходы, особенно аккумуляторы, являются одной из самых больших проблем, с которыми сталкивается планета после изменения климата», — сказал Бхарадиа.

Исследователи достигли этого прорыва, собирая энергию из сигналов LTE-смартфонов и буферизуя эту мощность в конденсаторе для хранения энергии. Это, в свою очередь, активирует приемник, который обнаруживает сигналы Bluetooth, которые затем преобразуются в отраженные сигналы Wi-Fi.

Обновление программного обеспечения представляет собой просто последовательность битов, которая превращает сигнал Bluetooth во что-то, что можно легко превратить в сигнал Wi-Fi.

Кроме того, для большинства беспроводных коммуникаций с низким энергопотреблением требуются специальные протоколы, но устройство, разработанное исследователями, опирается на распространенные протоколы связи: Bluetooth, WiFi и LTE. Это потому, что смартфоны оснащены как передатчиком Bluetooth, так и приемником Wi-Fi.

Устройство имеет радиус действия один метр – около одного ярда. Добавление батареи увеличит дальность действия метки до десятков метров, но также увеличит затраты. Производство устройства размером в полквадрата обходится всего в несколько центов.