TU/e ontwikkelt draadloze temperatuursensor die energie uit radiogolven haalt

De Technische Universiteit in Eindhoven is erin geslaagd om een draadloze temperatuursensor te ontwikkelen waarvan de accu nooit opgeladen hoeft te worden. Dat komt doordat het piepkleine apparaatje zijn energie uit draadloze signalen kan halen.

Volgens de wetenschappers krijgt de chip de energie van het draadloze netwerk waar hij mee is verbonden, al is daar wel een speciale router voor nodig. Deze moet namelijk speciale radiogolven versturen die de temperatuursensor gebruikt voor de energievoorziening. De signalen worden gericht verstuurd waardoor er voor de transmissie weinig elektriciteit nodig is, aldus de makers.

De chip zelf is ongeveer 2 vierkante millimeter groot en weegt 1,6 milligram. Dat maakt hem de kleinste temperatuursensor ter wereld en ongeveer even zwaar als een korrel zand, zo stellen de wetenschappers van de TU/e. Temperatuurmetingen worden uitgelezen door de radiogolven die de sensor terugstuurt naar de router; afhankelijk van de temperatuur wijken de signalen iets af in frequentie, waardoor de temperatuur kan worden afgeleid.

Omdat de temperatuursensor verwerkt kan worden in beton en ook werkt als hij is bedekt door een laagje verf zijn er allerlei toepassingen denkbaar in grote gebouwen. Het verwerken van de sensors door het hele gebouw kan bijvoorbeeld worden gedaan door ze met een laagje latex op de muur te plakken, zo legt de TU/e uit. Daardoor zijn bouwers weinig extra tijd kwijt met het aanbrengen van de chips. Verder zouden de kosten niet hoog op hoeven lopen: bij massaproductie bedragen de kosten per chip ongeveer 20 cent, aldus de onderzoekers.

Een nadeel van de temperatuursensor is dat hij slechts een bereik van 2,5 centimeter heeft. De makers hebben echter goede hoop dat dit over een jaar zal zijn opgerekt naar een meter. Daarna willen zij een versie maken die een bereik heeft van vijf meter.

Reacties (26)

[Kiet Stiemer]

Weet iemand wat voor nut dit buiten de functies in een gebouw kan hebben? Ik stel me iets in een computer voor, dat je die dingetjes overal op kan plakken zonder dat je een kabelzooi krijgt bijvoorbeeld. En dan toch een heel precieze temperatuur weergegeven krijgen.

[Reactie gewijzigd door Kiet Stiemer op 2 augustus 2024 11:20]

[CAPSLOCK2000]

Je computer is een goed voorbeeld. Er zijn talloze industriele apparaten waar het interessant is om op heel veel plekken de temperatuur draadloos te meten.
Zo'n chip is ook leuk als ingebouwde brandmelder. Stop in alle apparaten een paar van die chips in de buurt van onderdelen die brandgevoelig zijn en zet een centraal brandalarm in je huis dat die chipjes uitleest.
Omgekeerd kan je die chips toevoegen aan de verpakking van voedsel zodat de koelkast/diepvries kan controleren of het wel koud genoeg is of dat de invriesstand moet worden ingeschakeld.
Een restaurant zou kopjes en borden kunnen maken met sensor en een dienblad dat waarschuwt als je er iets op zet dat te koud is geworden om nog te serveren.
De boordcomputer van een auto kan misschien ook wel gebruik maken van gedetailleerde temperatuurinformatie.
Een kinderbadje dat waarschuwt als het water te warm is.
Schoenen die de verwarming uitschakelen als je warme voeten hebt.
Als je een schaatsbaan of skipiste hebt kun je zo heel nauwkeurig de temperatuur van het ijs of de sneeuw in de gaten houden.


Al deze dingen zijn in principe ook mogelijk met een gewone thermometer maar piepkleine draadloze thermometers maken het een stuk makkelijker of goedkoper.

[xleeuwx]

Het enige probleem zie ik in de speciale router en hoe duur die gaat worden. Als dat onder de 50/100 (afhankelijk van bereik) euro blijft is het aantrekkelijk voor thuis.
Anders misschien voor bedrijven maar ook dan is de vraag wat is het bereik van de router.

[CAPSLOCK2000]

Het enige probleem zie ik in de speciale router en hoe duur die gaat worden. Als dat onder de 50/100 (afhankelijk van bereik) euro blijft is het aantrekkelijk voor thuis.
Anders misschien voor bedrijven maar ook dan is de vraag wat is het bereik van de router.

Het is nu nog toekomstmuziek want het bereik is nu nog veel te klein. Maar we weten dat electronica steeds beter en goedkoper wordt. Voor 50 euro koop je een tegenwoordig een telefoon waar je twintig jaar geleden alleen maar van kon dromen.
Als het een succes wordt dan zie ik geen reden waarom dit soort routers duurder zouden moeten zijn dan de een WIFI-router van de mediamarkt.

[Jermak]

je kan ook een paar strips kopen
http://www.testo.nl/nl/ho...emperatuur_meetstrips.jsp

kan je je hele huis volplakken zelfs het kinderbadje
http://www.reatec.nl/temperatuurindicatoren is in waterproof uitvoering verkrijgbaar

Het heeft natuurlijk allen zin als je met de info van de sensor wilt schakelen.

[Kiet Stiemer]

Ja, daar heb je een aantal mooie voorbeelden. Ik dacht ook nog aan boerderijen, dierentehuizen, dierentuinen... Daar moet de temperatuur op sommige plekken echt niet warmer of kouder worden dan een bepaalde temperatuur.

[ONiel]

Dit is echt wauw!
Dingen zoals deze zijn echt dé reden dat ik Informatica wil verder studeren aan Stanford of als tweede keus Amsterdam. Zij maken echt wel revolutionaire dingen en zijn echte pioniers waar we de technische vooruitgang aan te danken hebben.

Wat ik wel gek vindt, is hoe dit mini-apparaatje radiogolven kan omzetten naar elektriciteit. Ik vermoed dat een deel van het antwoord in de 'speciale router' zit waar ik geen uitleg over vindt op internet. Ik heb opgezocht hoe dit mogelijk is, en blijkbaar is er en soort van gelijkgerichte batterij.

Ik 'weet' - eigenlijk bijna niks over elektriciteit maar wel - dat een gelijkrichter wisselstroom (van positief naar negatieve lading) omzet in gelijke stroom (constante waarde). Maar 1) ik zie niet direct een batterij op die zandkorrel-chip 2) verklaart nog steeds niet hoe het mogelijk is.

Zou het misschien mogelijk zijn, omdat radiogolven ook van positief naar negatief gaan, de gelijkrichter-batterij dat opneemt, en dat dan in gelijke stroom omzet?
Maar hoe pakt de batterij dat op? Radiogolven hebben toch geen elektrische lading? En batterijen doen toch alleen elektriciteit?

Buiten dat, nog een vraag. Het ontvangen van deze signalen, kan dat niet meer verbruiken als de winst van die opvang (waarschijnlijk niet ,anders zou die zandkorrel-sensor niet werken, maar toch)?
Als je weet dat je je batterijmeter op je GSM al kan zien dalen als je én Bluetooth, én Wi-Fi, én GPS, én ... op hebt staan.

En waarom, als we dan toch via radiogolven kunnen 'opladen', hebben onze GSMs geen functie om zichzelf op te laden? Daar zou Samsung's Wireless-charger niks tegen zijn. Misschien, omdat als we dat doen, we teveel opslurpen van ons radiosignaal en zo dus onze radiokwaliteit van de GSM naar beneden halen?

Sorry voor deze 'domme' vragen, maar het lijkt me wel een interessant onderwerp dat ik wel wil begrijpen.

[Sissors]

Dit is echt wauw!
Dingen zoals deze zijn echt dé reden dat ik Informatica wil verder studeren aan Stanford of als tweede keus Amsterdam. Zij maken echt wel revolutionaire dingen en zijn echte pioniers waar we de technische vooruitgang aan te danken hebben.

Dan zou ik toch maar je plannen gaan wijzigen, want hier komt geen informatica bij kijken, dit is puur Elektrotechniek. En als je dat wil doen kan je dat prima aan één van de drie technische universiteiten doen, die alle drie op dit gebied (IC Design) het prima doen in de wereld. (Twente het beste imo, maar goed, misschien ben ik bevooroordeeld ).

Wat ik wel gek vindt, is hoe dit mini-apparaatje radiogolven kan omzetten naar elektriciteit.

Een antenne. Die doet niks anders dan elektriciteit in EM straling omzetten en weer terug. Die AC elektriciteit gelijkrichten en op een condensator gooien (waarschijnlijk) en je hebt je lading. Ik ben te lui nu om een paper uit te zoeken waar het uitgelegd zal zijn, maar ik gok zelf dat die lading dan simpelweg in een LC tank wordt gegooid verbonden met de antenne (danwel dat de spoel de antenne is). Een LC tank resoneert op een bepaalde frequentie, en dat kan je weer uitzenden. Een standaard variabele condensator wordt gemaakt met een diode. Diodes zijn temperatuurafhankelijk, en dus is de frequentie waarop die LC tank resoneert afhankelijk van de temperatuur, en tada, we hebben wat ze hier beschrijven.

Eén maar eraan: Ik heb mijn twijfels of we het hier echt over radiogolven kunnen hebben. Met een afstand van 2.5cm zitten we in het near field van de antenne (theoretisch afhankelijk van de frequentie, maar in de praktijk, near field). En dat betekend dat we het meer over een transformator hebben dan een RF antenne. Dit is exact hetzelfde als hoe je OV-chipkaart werkt. Het verschil: Dit is veel kleiner, en krijgt daardoor veel minder energie binnen, en kan ook minder. Je OV-chipkaart is echter heel veel krachtiger (die heeft waarschijnlijk ook een temperatuursensor aan boord, maar uiteraard nog veel meer dan dat).

En waarom, als we dan toch via radiogolven kunnen 'opladen', hebben onze GSMs geen functie om zichzelf op te laden?

Als jij je telefoon op 2.5cm van een zendmast houdt kan hij zichzelf er wel mee opladen. Maar de energie die je telefoon opvangt van de zendmast zit, afhankelijk van de afstand, in de orde van de pico-Watts. Je telefoon verbruikt ongeveer een miljard keer meer als je aan het bellen bent.


Overigens is dit bericht ook wel een beetje creatief. De kleine temperatuursensor ooit? Is triviaal om een temperatuursensor van dit formaat, of nog heel veel kleiner te maken. Hij wordt dan alleen zo lastig uit te lezen, en daar heb je geen last van als je hem draadloos kan uitlezen. Het nadeel is dat je daardoor wel een grote chip nodig hebt, omdat je je antenne zo groot mogelijk wil hebben. Als dit ooit commercieel wordt gemaakt verwacht ik ook dat het in een oudere technologie gemaakt zal worden, zoals 0.14um of 0.25um CMOS.

[Reactie gewijzigd door Sissors op 2 augustus 2024 11:20]

[ONiel]

Dan zou ik toch maar je plannen gaan wijzigen, want heer komt geen informatica bij kijken, dit is puur Elektrotechniek. En als je dat wil doen kan je dat prima aan één van de drie technische universiteiten doen, die alle drie op dit gebied (IC Design) het prima doen in de wereld. (Twente het beste imo, maar goed, misschien ben ik bevooroordeeld ).

Ik ben dan ook niet van plan iets gelijkaardigs als dit te doen, maar wel echte informatica.
Ik bedoelde dat ze revolutionair zijn over het algemeen, (bijna) elke universiteit. Kwantumcomputers bijvoorbeeld.

Bedankt voor je uitleg trouwens!

[Mavamaarten]

Enorm indrukwekkend, al lijkt de toepassing "in gebouwen" een beetje raar. Als een soort van implantaat kan dit nog wel nuttig zijn (zeker door het beperkte bereik), maar wat is het nut van de temperatuur van gebouwen meten

[timmiej93]

Hoezo zou dat raar zijn? Ik studeer (simpel gezegd) bouwfysica, toevallig ook aan de TU/e, en ik zie juist veel mogelijkheden voor deze sensoren (op voorwaarde dat het bereik vergroot wordt). Bedenk een simpele kamer: 3 meter plafondhoogte, één gevel volledig raam. Je kan je voorstellen dat in de winter het best koud kan zijn (en in de zomer juist heet) bij dat raam, terwijl het aan de andere kant van de kamer gewoon 20 graden is. Vaak wordt er nu één temperatuursensor per kamer geplaatst (of geen), welke vaak aan de gang-kant zit. Daardoor kan het zijn dat die sensor aangeeft dat de kamer op temperatuur is, terwijl het comfort bij de glazen gevel simpelweg ruk is. Met meerdere sensoren (denk ook aan sensoren op verschillende hoogte; warmte stijgt op) kan je het klimaat in een kamer veel beter meten dan met één sensor, en met betere metingen kan beter (en effectiever) gekoeld en verwarmd worden.

Lang verhaal kort: hoe meer je weet, hoe beter je er op in kan spelen, dus goedkope, simpele en kleine sensoren zijn hard nodig!

[Floor]

Nouja, wanneer je bouwfysica studeert dan weet je ook dat je een installatie niet op microniveau kan regelen. De leidingen liggen er nu eenmaal. Tijdens het ontwerp moet de installatie al goed worden opgezet om het comfort te kunnen waarborgen. Naregelen op micro is moeilijk/duur want waar je wel regelen moet je ook kleppen, stroom Enz hebben. Dus Naregelen op zone niveau (is mijn werk).

[timmiej93]

Dat weet ik ook zeker. Ik heb het ook nooit over renovatie gehad, deze sensoren zijn toch ook uitermate geschikt voor nieuwbouw? Regelen op persoonlijk niveau is inderdaad duur, maar wordt wel steeds goedkoper en steeds meer de toekomst. Juist door de komst van dit soort goedkope sensoren wordt het regelen op dit niveau goedkoper.

[Patoer]

De radiator met thermostaatkraan staat meestal in het gebouw op de koudste plek en door circulatie van de warmtebron moet het in de ruimte gelijkmatig warm worden. Dit moet opgaan in alle ruimte van een gebouw!
Voor vertrekken met warme lucht verwarming daar is een mogelijkheid voor zo,n chip daar de ruimtes apart kunnen worden aangestuurd waar constante temperatuur belangrijk is b.v. kunst opslagruimte.
Maar er moet nog wel heel veel gebeuren wil het toepasbaar gaat worden!
We wachten af maar het begin is er😅

[Mavamaarten]

Dat is inderdaad wel een mooie toepassing!

[Hoicks]

Effectiever verwarmen?

[AwesomeKid123]

Ik ben nu aan het promoveren en we zijn thermokoppels in water systemen aan het proppen. Dit is onwijs lastig met allerlei afsluitingen die niet mogelijk zijn. We hebben met epoxy iets moeten doen maar dat is zeker niet de beste oplossing. Als we gewoon deze dingetjes zouden kunnen gebruiken dat zou echt super nice zijn. Ik vraag me af of ze werken in 5 bar water condities en wisselende magnetische velden?

[proatjeboksem]

leuk idee. En knap dat 't zo klein kan.
Om de 25mm een sonde en een raspberry om het gemiddelde te bepalen 😄

Maar, zonder dollen, er is vast wel een toepassing te verzinnen waarbij je toch af en toe in de buurt bent de temperatuur van wilt weten. Bederfelijke waar, patiënten, dat soort dingen.

[govie]

Het grootste voordeel van deze chippies lijkt mij dat er geen kabeltje loopt voor de stroomvoorziening en dat ze relatief klein zijn. Ik denk dat je juist moet zoeken naar toepassingen waar de sensoren vaak moeillijk bereikbaar zijn of juist waar een groot volume of oppervlak inzichtelijk wilt hebben.

[Verwijderd]

Dat bereik is inderdaad wel zeer kort, het is dan ook een preliminair berichtje over een toch indrukwekkende uitvinding.

Nog even een aantal jaren wachten tot dit en masse geproduceerd en gebruikt kan worden.

[Emunator]

Klinkt inderdaad leuk, maar de kosten hiervoor zijn met een bereik van 2,5 cm echt nog te veel.
Om de 2,5 cm een chip van 20 cent en dan ook nog je muur behangen met routers is niet echt kosten efficient of functioneel.

[poststamp]

Je kunt de router op een draaiend platform zetten en de omgeving scannen.

[donderdraak]

De sensor is gebaseerd op 65-nm CMOS-technologie.

Het project, met de naam PREMISS, kreeg financiële steun van technologiestichting STW. Het proefschrift van Hao Gao heet Fully Integrated Ultra-Low Power mm-Wave Wireless Sensor Design Methods.

Als er tientallen kleine sensoren op een aantal vierkante meter zitten dan absorbeert letterlijk de bandbreedte weg lijkt mij. Ik neem aan dat dit een enorme impact zal hebben op de radiogolven die een router uitzend. Ik neem ook aan dat ze daarmee speciale soort routers gaan ontwikkelen voor deze techniek?

Op welk frequentie spectrum werkt het?
Hoeveel watt genereerd een sensor?
Hoeveel decibel trekt een sensortje?
Heeft een sensor een twee of een weg communicatie ondersteuning (zowel passief als actief)?

[Reactie gewijzigd door donderdraak op 2 augustus 2024 11:20]

[Eddy_BE]

Lang geleden deed men ook al aan energie winning van radio golven. Als je dicht bij een zware (middengolf) zender woont kon/kan je een grote antenne plaatsen die radio golven energie kan aftappen. Dat is wel verboden omdat het een schaduw veroorzaakt in het zendgebied. Wat vermogen je er kan uithalen weet ik niet, maar misschien genoeg om een lampje te laten branden.

[Ayporos]

(belangrijke) vraag:

Wat is de energie efficiëntie van deze 'draadloze' stroomvoorziening? Ik kan me nl. voorstellen dat die router veel meer joules aan energie verstuurt dan deze chip omzet in bruikbare elektriciteit.
Wat is het rendement???

Ik zou nl. niet verbaasd zijn als dit ding een rendement behaalt van minder dan 10% of zelfs minder dan 1% en dat de ontwikkelaars stellen dat het niet boeiend is omdat het toch een zeer klein verbruiker is.

[Reactie gewijzigd door Ayporos op 2 augustus 2024 11:20]

[Montu]

Wauw, indrukwekkend!