211service.com
Senzory bez baterií
Někteří technologové se domnívají, že v budoucnu budou zdánlivě neviditelné počítače zabudovány všude, kde budou shromažďovat data o životním prostředí a budou užitečná pro osoby s rozhodovací pravomocí. Jedním ze způsobů, jak dosáhnout tohoto druhu všudypřítomných počítačů, je rozptýlení malých senzorů, které měří například světlo, teplotu nebo pohyb.
Ale bez trvalého zdroje energie by takové senzory potřebovaly vyměnit baterie každých pár měsíců. Jinými slovy, všudypřítomné senzory mohou také znamenat všudypřítomné vybité baterie, říká Josh Smith, výzkumník Výzkum společnosti Intel v Seattlu.
Smith a jeho tým neřeší tento problém tím, že pracují na bateriích s delší životností, ale snaží se zcela eliminovat potřebu baterií. Místo toho jejich prototypová zařízení využívají stejnou techniku pro úsporu energie, jakou používají bezbateriové štítky s radiofrekvenční identifikací (RFID).
Koncept vyhazování baterie senzoru není nový. Výzkumníci navrhli zachytit energii z okolních vibrací nebo okolního světla pro napájení senzoru (viz Volná elektřina z nanogenerátorů ). Není však jasné, zda lze technologii, která zachycuje okolní energii, levně integrovat do snímacího zařízení.
Naproti tomu technologie používaná ve štítcích RFID, které přenášejí několik bitů informací při skenování čtečkou RFID, je dostatečně levná na to, aby se integrovala do senzorů a byla hromadně vyráběna; jsou již široce používány ke sledování dobytka a nákladu, stejně jako automobilů projíždějících lehkými průjezdními pruhy na dálnicích.
Smith vysvětluje, že senzorová zařízení Intel používají běžně dostupné komponenty: anténu pro odesílání a přijímání dat a shromažďování energie ze čtečky a mikrokontrolér obsahující senzor – malý počítač, který vyžaduje pouze několik set mikrowattů energie pro sběr a sběr energie. zpracovávat data.
Anténa získává tuto energii přímo z rádiových vln vysílaných čtečkou RFID. Když se štítek dostane do dosahu čtečky, rádiový signál čtečky prochází anténou a vytváří napětí, které štítek aktivuje. Štítek je pak schopen posílat informace do čtečky prostřednictvím procesu zvaného zpětný rozptyl, při kterém anténa v podstatě odráží datově zakódovanou změnu přijímaného rádiového signálu.
Mikrokontrolér, který Smithův tým přidal k anténě RFID, obsahuje 16bitový mikroprocesor, 8 kilobajtů flash paměti a 256 bajtů paměti s náhodným přístupem.
Jednou z hlavních úloh mikrokontroléru je zajistit bezchybný přenos informací do čtečky, což vyžaduje více výpočtů, než jaké zvládne konvenční RFID tag. V typickém štítku jsou informace o kontrole chyb předem vypočítány a uloženy na čip; ale pro senzor, říká Smith, je třeba tyto informace vypočítat v reálném čase, když se shromažďují data.
Stejně jako RFID tagy se bezbateriové senzory zapnou pouze tehdy, když narazí na čtečku. Smith říká, že pokud je čtečka RFID v dosahu zařízení, může shromažďovat data a odesílat je do čtečky.
Senzory bez baterií by mohly být užitečné v mnoha oblastech, včetně lékařství, říká Zeke Mejia, technologický ředitel společnosti Digital Angel se sídlem v St. Paul, výrobce RFID štítků. Mohli by kdykoli zkontrolovat stav a určité podmínky v těle, říká Mejia, od hladiny glukózy u lidí s cukrovkou až po pH krve a dalších tělesných tekutin.
Ve své současné podobě musí být senzory Intelu aktivovány přibližně metr od čtečky. To je blíž, než by bylo ideální pro některé aplikace, jako je měření teploty potravin balených ve velkých přepravkách nebo vibrací v tlustých stěnách. Problém je v tom, že zatímco mikrokontrolér potřebuje ke svému chodu pouze miliwatt výkonu, ke svému zapnutí potřebuje tři volty elektřiny a senzor musí být v dosahu metru od standardní čtečky RFID, aby generoval tolik energie. Ale s drobnými změnami ve způsobu, jakým mikrokontrolér zpracovává data, říká Smith, by skupina mohla snížit požadavek na napětí na 1,8 voltu, a tím rozšířit dosah na přibližně pět metrů.
Nejnovější prototyp týmu zahrnuje světelný senzor, teplotní senzor a dokonce i senzor náklonu do jednoho bezbateriového zařízení. Výzkumníci pracují na způsobech, jak integrovat mikrokontrolér a anténu do jediného čipu, který by bylo jednodušší nainstalovat v terénu. Mezitím vyvinuli vizuální ukázku toho, kolik energie může RFID anténa získat ze čtečky: použili ji k napájení sekundové ručičky na náramkových hodinkách.
Pro lidi je překvapivé, že tato neviditelná forma energie – rádiové vlny – může ve skutečnosti způsobit pohyb ručičky hodinek, říká Smith. Smith říká, že jediný tik sekundové ručičky spotřebuje přibližně tolik energie jako odeslání jednoho bitu dat z jeho senzoru.