Onderzoekers ontwikkelen draadloze communicatietechniek zonder stroom

Technici hebben een methode ontwikkeld om apparaten draadloos met elkaar te laten communiceren zonder daarbij afhankelijk te zijn van een accu of andere stroombron. Omringende elektromagnetische straling moet voor zowel energie als signaalbron zorgen.

De technici zijn werkzaam aan de universiteit van Washington en maken gebruik van wat zij 'ambient backscatter' noemen. Dat zijn draadloze signalen die overal aanwezig zijn, zoals van radio- en tv-signalen. Die elektromagnetische straling kan worden opgevangen met behulp van kleine antennes en in zeer kleine hoeveelheden energie worden geconverteerd. Een andere groep onderzoekers heeft dat al eens gedemonstreerd. De wetenschappers uit Washington hebben echter de omringende straling gebruikt als signaalmedium: een tv-signaal wordt opgevangen, deels in energie omgezet en deels doorgestuurd als communicatiesignaal.

De prototypes die de onderzoekers ontwikkelden, kunnen met elkaar communiceren zonder van een externe of interne energiebron te zijn voorzien. Alle benodigde energie komt uit omringende elektromagnetische straling. Dat zou hun methode geschikt maken als basis voor een sensornetwerk, waarbij de sensors met elkaar en een verzamelstation in verbinding staan en nooit van verse accu's voorzien hoeven te worden. De opgevangen signalen worden middels een soort morse-systeem doorgestuurd: een ledje op de printplaatjes gaf aan wanneer dat succesvol gebeurde.

De apparaten bleken ook binnenshuis, en tot tien kilometer van een zendmast, voldoende straling te kunnen verzamelen om te functioneren. Buitenshuis kon op een afstand van 75 centimeter een overdrachtssnelheid tot 1kbit/s gehaald worden: binnenshuis moest de afstand tot krap een halve meter gereduceerd worden voor die snelheid. Behalve sensornetwerken zou de techniek ook ingezet kunnen worden in mobiele telefoons: die zouden dan ook met een lege accu nog een bericht kunnen versturen.

Reacties (55)

[imdoctorbob]

Zeer interessante techniek, ik ben benieuwd van voor efficientie ze hier mee kunnen bereiken (opgevangen straling -> energie + communicatie).

Ook ben benieuwd wat voor effect dit heeft op het bereik van andere communicatie methoden. Door straling op te vangen en om te zetten demp je wel het signaal dat je opvangt. Dit effect zal wel erg klein zijn, maar als dit ooit in mobiele telefoons komt, dan heb je mogelijk miljoenen bronnen die (mogelijk) allerlei signalen kunnen dempen.

[style2k]

mss als toepassing in mobieltjes . zou de batterij duur enorm vooruit kunnen helpen ook.

[johnkeates]

Hoe wil je een LCD scherm op deze manier aansturen? Een bericht sturen slaat denk ik niet zozeer op gebruikersinteractie Je kan in elk geval geen OS draaien op dit soort technologie.

[Reactie gewijzigd door johnkeates op 26 juli 2024 20:51]

[TheKmork]

Je hebt gelijk, maar je reactie gaat van het verkeerde uitgangspunt uit. Style2k zegt namelijk helemaal nergens dat de batterij volledig overbodig wordt, maar geeft aan dat het de batterijduur vooruit zou kunnen helpen. Hij bedoelt dus dat hier eventueel uiteindelijk de zender/ontvanger vervangen kunnen worden, wat inderdaad een enorme besparing op het batterijverbruik zou opleveren.

[Sissors]

De energie die je haalt uit zulk soort dingen, wat je bij elkaar kan gooien onder de noemer 'energy harvesting' is te weinig om relevante invloed op de accuduur van een mobieltje te hebben.

De techniek wordt voornamelijk ontwikkeld voor sensornetwerken. Als random voorbeeld, je kan bijvoorbeeld maak je een hele kleine CO monitor module maken. Dan met energy harvesting kan je ervoor zorgen dat hij eens per minuut genoeg energie heeft om een meting te doen, de rest van de tijd slaapt hij en verzamelt hij energie. Als hij niks meet gaat hij weer doorslapen. Als hij wel wat meet gebruikt hij alle overige energie om te schreeuwen dat hij wat heeft gemeten. Daarmee komt hij misschien 20 meter, maar in die 20 meter heeft hij wel nog 10 mede sensoren, die ook hun opgeslagen energie gebruiken om een enkele burst data te sturen dat er alarm geslagen moet worden, net zo lang tot een basisstation bereikt wordt.

Dan hebben we het echter dus over ordes lager energieverbruik als wat een mobieltje gebruikt. Het voorbeeld in het artikel van een bericht versturen ook al heb je een lege accu in je mobieltje is ook nogal onrealistisch. Hooguit zou je een aparte chip erin kunnen doen die als enige taak heeft een SOS bericht te sturen naar 112 met je GPS coördinaten.

[kakanox]

Je kan dit - mits de techniek sterk verbeterd wordt - wel gaan inzetten om bijv. een GSM wakker te schudden voor een Whatsappje of SMS.

[Polshoogte]

Veel belangrijker nog, als men 75 cm van elkaar moet zijn om berichten te kunnen verzenden is het in de toekomst wellicht mogelijk om op een terras nog iets van menselijke interactie te hebben met de mensen waarmee je daar bent

[Verwijderd]

Om eerlijk te zijn dacht ik als eerste aan afluisterapparatuur.
Maar wellicht dat het ons ook kan helpen, als het klein genoeg gemaakt kan worden.

[stealthgun]

Ik ben wel benieuws wat de maximale afstand kan worden.

Dit biedt veel mogelijkheden, ondanks de lage snelheid zou het ideaal zijn in bv ontwikkelings landen, afgelegen gebieden of zelfs de ruimte.

Hopen dat hier iets moois uitkomt.

[Ezo]

Dan vraag ik me wel af of er in deze afgelegen gebieden wel genoeg "ambient backscatter" is.

[stealthgun]

De vraag is vooral hoeveel elektromagnetische straling is er nodig, het is opzich overal. Maar niet overal is er het zelfde 'voorradig'.

Toch zou het een mooie techniek kunnen zijn. Ze moeten het nog verder uitwerken natuurlijk.

[pinna_be]

Aangezien de techniek gebruik maakt van reeds bestaande elktromagnetisch straling, vermoed ik dat ze in de ruimte en in ontwikkelingslanden er niet echt veel aan hebben.

overigens als je een kbs haalt op een halve meter, ( 125 bytes, genoeg voor een klein sms per seconde dus ), hoe traag zal het dan wel niet zijn op grote afstanden (zoals je ze in ontwikkelingslanden en in de ruimte hebt).

Overigens, tenzij je de persoon gaat dwingen om op een mechanische manier de sms te typen in bitcode, denk ik dat zelfs de batterijbesparing redelijk miniem is ( voor in smartphones ).

De beste toepassing die ik me kan voorstellen zijn zaken zoals een deurbel, waarvan de knop niet aan de stroom hoeft aangesloten worden, fietscomputers (het enige wat je moet doen is een 1 sturen wanneer er een magneet voorbijkomt, en zulke kleine dingen. Voor deze toepassingen vind ik de techniek dan ook enorm indrukwekkend, om nu maar het fietscomputertje als voorbeeld te nemen: je hebt enkel nog een accu nodig in de ontvanger, terwijl je er nu 2 nodig hebt.

[TheKmork]

Ik denk dat je de potentiële toepassing hiervan niet helemaal goed begrijpt. De dingen die je noemt zou het inderdaad ook kunnen doen, maar voor wat telefoons etc betreft is dit niet bedoeld om telefoons volledig accuvrij te maken, maar het kan wel enorm schelen in de accudrain van een telefoon.

Op het moment is namelijk de zender/ontvanger hetgene wat je accu het meeste leegtrekt. Zet je telefoon maar eens op vliegtuigstand, dan zie je dat hij veel langer meegaat dan terwijl je 3g/wifi etc aanstaat, zelfs als je in beide gevallen er niets actiefs mee doet.

[Reactie gewijzigd door TheKmork op 26 juli 2024 20:51]

[Thedr]

Probleem voor toepassing in ontwikkelingslanden is wellicht dat er minder EM straling (draadloze signalen) 'rondhangen'. Hoewel het (draadloze signaaloverdracht) daar ook makkelijk in gebruik is omdat je minder/geen bekabeling hoeft te leggen en relatief makkelijk grote gebieden kunt coveren

[Trommelrem]

Bij RFID was er toch al sprake van een microcomputer die z'n energie van buitenaf kreeg?

[johnkeates]

RFID staat toch voor Radio Frequency ID?

Ik denk dat je NFC chipkaarten bedoelt

[Stoney3K]

RFID is een vorm van NFC. Genoeg anti-winkeldiefstalpoortjes die triggeren op OV-chipkaarten of andere pasjes hoor

[ValHallASW]

Het verschil is dat je dan communiceert met een apparaat mét voeding (OV-chipkaart-lezer, telefoon, etc). In dit geval kunnen twee apparaten, beiden zonder accu, met elkaar communiceren. De energie komt uit een zendmast die kilometers verderop kan staan.

[Sorcerer8472]

Ja, alleen daar is het hele apparaat erop ontworpen. Dit systeem is heel bijzonder omdat het zo'n RFID/NFC-leesapparaat (dat ook in energie voorziet) niet nodig is!

[Denni]

Dit is een beetje een idee als die horloges/klokken die zichzelf kunnen aandrijven door drukwisselingen etc. Slim idee! Als ze dit met hogere snelheden voor elkaar zouden krijgen zou het echt ideaal zijn.

[deleenheir]

Noem me negatief maar ik ben niet echt onder de indruk.

Het enige vernieuwende aan dit apparaatje is de manier waarop het z'n energie ophaalt.

Ik veronderstel dat het grid op de pcb zorgt voor de energieopvang. Deze is zo'n 12cm² (2cm x 6cm) met een huidige zonnecel kan je hiermee zo'n 0.2W opwekken. Met 0.2W kan vlotjes radiosignaal generen dat enkele honderde meters ver raakt met een data-rate die vele malen hoger ligt.

[freaq]

vroeger had je ook de kristalradio's, welke werkten puur en alleen op de straling van het signaal, erg simpel te bouwen ook. deze gaven geen signaal terug (alleen geluid uit een speakertje) maar dat is ook niet extreem lastig op te zetten. (antenne eraan en klaar eigenlijk)

http://nl.wikipedia.org/wiki/Kristalontvanger

[Nas T]

met een huidige zonnecel...

...die het 's nachts niet doet...

Op zich wel leuk dat dit principe toch aandacht krijgt. Volgens mij werkt RFID deels ook zo, dat scheelt een accu/batterij aan één kant.

[ATR]

RFID werkt met hetzelfde principe, echter is daar één van beide delen actief. Het verschil met deze techniek is dat hier geen 'gedefinieerde' energie bron is.

[Hoppa!]

Dan hang je er twee zonnecellen aan en een accu die 0,2 kan opslaan....

[bbob]

De kop van tweakers klopt dan ook niet.

Die zou moeten zijn communicatie zonder externe stroom. Voor de communicatie zelf komt nog steeds stroom om de hoek kijken.

Die elektromagnetische straling kan worden opgevangen met behulp van kleine antennes en in zeer kleine hoeveelheden energie worden geconverteerd.

Voor de rest leuk artikel maar niet echt boeiend.

[djwice]

Ik had inderdaad ook, aan de hand van de titel, gehoopt dat er zonder stroom communicatie gemaakt was. Dus iets met chemische overdracht had ik verwacht. Blijkt inderdaad minder spectaculair dan de titel doet vermoeden.

Jammer dat in huis je maar 46cm* kunt overbruggen (bij 128 bytes per seconde). Anders kon je in elke ruimte een passieve draadloze temperatuurmeter hangen (voor de thermostaat) en een passieve bewegingsdetector (voor het licht / alarm). En er zijn vast nog wel wat dingen te bedenken.

Kan vast, naast magnetisme, ook op geluidgolven, licht en luchtdruk / luchtstroming,...


* 1.5 feet

[Reactie gewijzigd door djwice op 26 juli 2024 20:51]

[Raventhorn]

Dit apparaatje kan echter ook worden gebruikt als er geen licht aanwezig is; zeg in een echt donkere ruimte.
Weliswaar is het minder 'snel' of efficiënt, maar je bent, op de achtergrondstraling na, nergens meer van afhankelijk.

Als ze beide technieken echter zouden combineren is er misschien nog veel meer mogelijk... Het is immers pas een prototype

[CivLord]

Deze is zo'n 12cm² (2cm x 6cm) met een huidige zonnecel kan je hiermee zo'n 0.2W opwekken. Met 0.2W kan vlotjes radiosignaal generen dat enkele honderde meters ver raakt met een data-rate die vele malen hoger ligt.

Maar dit systeem werkt dus ook wanneer het in een doos zit.

[laserfreak]

'overdrachtssnelheid tot 1kb'

Ik zie hier enkel een hoeveelheid staan en geen snelheid, ik neem aan dat men 1kb/sec bedoelt. In dat geval is dit voor een sensornetwerk meer dan voldoende. Eigenlijk bestaat het idee al lang (AM kristalradio) maar in dit modern jasje is het ondertussen wel al heel wat bruikbaarder geworden.

[Fuzzillogic]

Erger nog: wat is het? 1 kilobit/s? 1 kibibit/s? 1 kilobyte/s? 1kibibyte/s? Op techsites zou ik dit soort dingen niet meer hoeven te vragen...

[TheKmork]

Strikt genomen zou je het verschil tussen kilobit en kilobyte moeten kunnen zien aan de notatie (kB is kilobyte, kb is kilobit). Aangezien de notatie hier echter al uberhaupt niet klopt (geen "per seconde") is het inderdaad open voor interpretatie. Je kan er echter wel vrij veilig vanuit gaan dat hier over Kib/s (kibibits per seconde) gesproken wordt.

Sowieso wordt er bij verbindingssnelheden vrijwel alleen maar gesproken over bits per seconde, waarmee dan inderdaad binaire bits bedoeld worden, dus in dit geval kibibits.

Bytes per seconde (binaire variant, ofwel kibibytes) wordt in de professionele kringen vrijwel niet gebruikt bij het uitdrukken van de snelheid van een verbinding (behalve consumenten onderling, omdat dat de snelheid is die je op je computerscherm ziet).

Niet-binaire bytes worden al helemaal nooit gebruikt voor het aanduiden van snelheid, die worden voor zover ik weet eigenlijk alleen maar gebruikt door harddisk fabrikanten die geld willen verdienen door opslagruimte groter te laten lijken dan deze daadwerkelijk is.

[Reactie gewijzigd door TheKmork op 26 juli 2024 20:51]

[djwice]

Je kan er echter wel vrij veilig vanuit gaan dat hier over Kib/s (kibibits per seconde) gesproken wordt.

Willem heeft verwarring geschept, het origineel is heel helder:

The receiving devices picked up a signal from their transmitting counterparts at a rate of 1 kilobit per second when up to 2.5 feet apart outdoors and 1.5 feet apart indoors.

from Univescity of Washington.


Jammer alleen dat deze Amerikaanse Universiteit nog niet in meters werkt, maar in stappen van 152.4mm* .


* 0.5 feet = 15.23cm

[Reactie gewijzigd door djwice op 26 juli 2024 20:51]

[Raventhorn]

Gezien beiden in kleine letters staan gaat het om een kilobit, kilobyte is kB, kibibit is Kib en kibibyte is KiB.
Er staat echter geen tijdseenheid bij dus wie weet is het het totaal aan overgedragen gegevens in de proef

[watercoolertje]

Het is dus niet zonder stroom. Ze wekken stroom lokaal op en gebruiken dat...

[Verwijderd]

De titel had beter kunnen melden dat er geen gebruik wordt gemaakt van batterijen.

De toepassingsmogelijkheden zijn redelijk breed. De beperkende factor zal dan zijn, de hoeveelheid energie die opgevangen kan worden.

[mae-t.net]

Knappe jongen die met een mobieltje met lege accu op basis van dit systeem een bericht verstuurt, zoals aan het einde van de nieuwspost wordt gesuggereerd. De user-interface en tussenliggende electronica is zelfs in zuinige varianten nog aan de onzuinige kant om te voeden uit een signaal waar een opzichzelfstaand zendertje maar net-aan iets mee kan.

[Reactie gewijzigd door mae-t.net op 26 juli 2024 20:51]

[CivLord]

Het hoeft geen eigen SMS te zijn.
Het kan een "Hier ben ik!" signaal zijn elke vijf minuten, of als respons op een "Waar ben je?" signaal.
Handig wanneer je je telefoon zoekt of wanneer je onder de sneeuw van een lawine of het puin van een ingestort gebouw een persoon zoekt met een telefoon op zak. Tegenwoordig gaan de accu's van smartphones niet veel langer dan een dag mee, dus bellen om een smartphone (of een persoon met een smartphone op zak) te vinden heeft na een dag weinig zin.

[damaster]

Op deze manier zou je er dus voor kunnen zorgen, dat je verloren/gestolen smartphone altijd nog gps uitzend

[gjmi]

Nou, de GPS ontvanger gebruikt veel stroom. Dat zal niet lukken. Tenzij je tientallen uren uur de tijd hebt om de benodigde energie te verzamelen.

In stralingsarme gebieden (hoge bergen, diep in de bossen, afgelegen gebieden zal dit dus helemaal niet zo goed werken. Daar is weinig energie om op te vangen en je hebt er veel clan nodig omdat de zendmasten heel ver weg zullen staan.

Er zijn plekken in Nederland waar je met een gewone telefoon al geen dekking hebt. Laat staan dat je met deze techniek genoeg energie uit de lucht haalt om een zendmasten te bekijken.

Deze techniek is afhankelijk van andere straling dus in dicht bevolkte gebieden zal het misschien wel aardig werken.

[ValHallASW]

Die elektromagnetische straling kan worden opgevangen met behulp van kleine antennes en in zeer kleine hoeveelheden energie worden geconverteerd. Een andere groep onderzoekers heeft dat al eens gedemonstreerd.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Kristalontvanger ?