Nieuwe draadloze sensors halen hun voeding uit wifi-straling

Door: | 24 augustus 2014 08:08

Nieuws

De komende explosie van talloze draadloze apparaatjes en sensoren is 'groen': ze maken gebruik van aanwezige wifi voor hun energie én connectiviteit.

Zo'n notoire energievreter als de cloud, zo zuinig het internet der dingen. Voor de aanstaande revolutie van miljoenen, miljarden kleine verbonden apparaatjes en sensoren hoeven geen elektriciteitscentrales te worden bijgebouwd. Dit leger aan piepkleine devices kan namelijk alle benodigde energie halen uit bestaande achtergrondstraling van radiomasten en wifi-routers.

Energie én data uit wifistraling

Zelfs voor de datatransmissie kunnen bestaande wifi-signalen in de ether worden gerecycled, zo toonden onderzoekers van de University of Washington recentelijk aan. Zij ontwikkelden een systeem met Wifi-tags, vergelijkbaar met RFID-tags. Maar waar RFID-tags hun energie halen uit de RFID-lezer als die in de buurt wordt gehouden, halen de Wifi-tags energie uit achtergrondstraling (backscatter), wifi-signalen uit de omgeving.

So far so good. Opmerkelijker is dat de wifi tags zelf geen signaal uitzenden, maar alleen wifi-pakketjes van de achtergrondstraling selectief absorberen en reflecteren. Deze razendsnelle modulatie vormt zo binaire data: absorptie van een pakketje is een 0, reflectie is een 1. Deze 'morsecode' kan met reguliere draadloze devices worden uitgelezen via channel state information (CSI) en received signal strength indicator (RSSI), beiden onderdeel van het 802.11 wifi-protocol.

Op deze manier kan een verbinding worden gemaakt met een snelheid tot 1 Kbps over een afstand van 2 meter. Een zeer bescheiden bandbreedte, maar meer dan genoeg voor talloze toepassingen die alleen een status of meting doorgeven, zoals sensoren.

Praktisch toepasbaar

Het onderzoek is het voorlopige hoogtepunt in de zoektocht naar een praktisch en energieverantwoord internet der dingen. Vorig jaar publiceerde dezelfde onderzoeksgroep al een vergelijkbaar systeem dat gebruik maakte van achtergrondstraling van TV-masten. Connectiviteit was hierbij echter alleen mogelijk tussen twee speciale devices. Het nieuwe wifi-systeem werkt (naast de speciale tags) met reguliere huis-, tuin en keukenwifi: draadloze routers, laptops en smartphones zijn afdoende.

Daarmee is het ook een stuk praktischer dan een eveneens vergelijkbaar onderzoek van NASA en UCLA. Zij claimen weliswaar een veel grotere bandbreedte, namelijk 3 Mbps over 2,5 meter, maar daarvoor is een custom made basestation nodig met een veel sterker signaal, en die slurpt zelf behoorlijk wat energie, bevestigt NASA-onderzoeker Adrian Tang in een reactie aan Computerworld. Hun vinding heeft dan ook minder betrekking op het internet der dingen en meer op het delen van bestanden tussen draadloze devices zoals wearables met wifi-routers.

Sovjet spionagetool

Het onderzoek is absoluut van belang voor het internet of things, maar het principe wat hier wordt gebruikt is allang bekend, relativeert telecomdeskundige Hendrik Rood van Stratix. Het absorberen en moduleren van veldsterkte kent talloze vormen, vooral bij zichtbaar licht. Denk bijvoorbeeld aan glasvezel, waarbij een bron continu laserlicht door een absorptie/reflectie-modulator tot signaal wordt 'gehakt' voordat het de vezel ingaat.

In de jaren veertig gebruikte de Sovjets de technologie zelfs al voor een zeer ingenieus afluisterapparaat, dat geluidstrillingen omzette in elektromagnetische straling, meldt collega-analist Sietse van der Gaast. Dit device heette 'The Thing'. "Het geeft de term 'Internet of Things' een extra lading :-)", grapt Van der Gaast.

Archimedes met zijn spiegels

In de basis gaat het absorberen/reflecteren van straling voor energie én communicatie terug tot Archimedes van Syracuse (287 - 212 v.Chr.), aldus Rood. "Die heeft zitten experimenteren met spiegels waarop zonlicht reflecteerde. Als hij het spiegeltje draaide kon hij zo een code sturen van het éne naar andere schepen. Daarna bedacht hij dat hij met parabolische spiegels het effect van een brandglas kon forceren en heeft hij op afstand zeilen van naderende schepen in brand gestoken."

"Kortom: dit is allemaal wat minder magisch dan het lijkt", aldus Rood. "Voor het Internet of Things lijkt dit een zeer interessant verhaal, want je vermijdt het probleem dat je batterij of energie via andere weg moet brengen naar de intelligente chips en devices."

Dat vinden de onderzoekers zelf ook: "Devices die draaien op achtergrondstaling kunnen de belofte van het Internet der Dingen waarmaken: apparaten kunnen worden ingebed in alledaagse objecten om berekeningen, metingen en communicatie mogelijk te maken zonder stopcontact of batterij."

Uitleg van backscatter Wifi: