Elektronika, která nepotřebuje kabel ani baterii. Živí se rádiovým šumem

  • Každá elektrická krabička má konektor pro napájení nebo baterii
  • Jenže pozor, jednou by to tak nemuselo být
  • Drobná elektronika se může živit rádiovými vlnami

Ačkoliv rádiové spektrum nabízí jako celek ohromnou šířku pro datovou komunikaci, většina bezdrátových výdobytků konce 20. a počátku 21. století se musí vejít do relativně úzkého 2,4GHz pásma. V něm vedle sebe soupeří na jedné straně výkonné mikrovlnky, průmysl a zdravotnictví, no a na straně druhé nám všem dobře známé Wi-Fi, Bluetooth, bezdrátové myši a klávesnice, mikrofony, chůvičky a hromada další elektroniky.

Zahlcené rádiové spektrum

Jestli by si někdo zasloužil doživotní rentu a nobelovku za fyziku, měli by to být právě inženýři, kteří díky nesmírné optimalizaci dokázali vtěsnat stovky a tisíce komunikačních protokolů právě do 2,4GHz pásma, aniž by se to celé nezhroutilo.

Klepněte pro větší obrázek
Detailní přehled, jak Česko využívá rádiové spektrum, najdete na webu spektrum.ctu.cz

Kdyby byly při nakládání s frekvencemi rádiového pásma stejně efektivní i celé státy, pro volné komerční a amatérské použití by toho zbylo mnohem více.

Volné pásmo (ISM) tedy sice už dnes září jako štědrovečerní stromeček, ale s postupným zlepšováním elektroniky to až tak nepociťujeme. Jistě, pokud máte starý 2,4GHz Wi-Fi router, možná marně zápasí o volný kanál, ty novější na tom jsou však mnohem lépe. Právě díky optimalizaci. Podobně je tomu i v případě Bluetooth.

2,4 GHz jako zdroj elektrické energie

Inženýři z izraelského startupu Wiliot si před lety položili kruciální otázku: Když už se v pásmu ISM šíří takové množství neviditelné energie, nebylo by možné ji využít podobným způsobem, jak to umějí třeba pasivní RFID a NFC odpovídače?

Klepněte pro větší obrázek
Pásmo 2,4 GHz je plné energie, která by mohla stačit pro napájení extrémně úsporné elektroniky internetu věcí

Jen připomenu, že tyto pasivní vysílače nemají žádný vlastní zdroj energie – žádnou baterii. V jejich obvodu se objeví napětí teprve tehdy, když na jejich frekvenci začne v blízkosti zářit nějaký vysílač. Jelikož se jedná o titěrné obvody se slaboučkým výkonem, k jejich probuzení stačí nepatrný zlomek energie.

Typickým příkladem jsou bezkontaktní platební karty. Když se přiblíží k terminálu, energie jeho vysílače jim dodá napětí a slaboučký proud, čip v kartě provede výpočet, odpoví, obvod se vybije a vám se z účtu strhne příslušná částka.

Bluetooth elektronika bez baterie

WIliotu však nejde o nějaké probouzení primitivních RFID/NFC obvodů. Chtějí probouzet něco energeticky zdánlivě mnohem náročnějšího: Bluetooth! „Okolo nás je ohromné množství energie Bluetooth. Doslova se v ní koupeme,“ sdělil magazínu IEEE Spectrum literárně naladěný viceprezident malého startupu Steve Statler a pochlubil se droboučkým pasivním tagem velikosti nehtu, který by mohl namísto RFID a NFC komunikovat skrze mnohem rozšířenější Bluetooth.

Dává to smysl, NFC se totiž nachází v jakémsi bezčasí. Zatímco před pěti-šesti lety se zdálo, že se bude jednat o klíčovou technologii na mobilech, ve skutečnosti se moc nerozšířila a dodnes bohužel není ani samozřejmou součástí každého modelu.

Změnit by to snad mohl pouze nástup mobilních plateb. Ostatně takový Google dnes v Česku spustil svůj Pay a lze předpokládat, že časem k nám zamíří se svou konkurenční bezkontaktní technologií také Apple.

Bluetooth perpetuum mobile za dolar

Ale zpět do Izraele. V případě podobných tagů je naprosto klíčová cena. Wiliot slibuje, že ty své založené na Bluetooth nabídne pro komerční využití v roce 2019, přičemž cena by neměla přesáhnout jeden dolar.

Klepněte pro větší obrázek
Ilustrace Bluetooth tagu od Wiliotu

Drobný čip velikosti onoho nehtu bude mít tloušťku listu papíru, startup si tedy slibuje rozmach třeba v logistice, navigaci v budovách (triangulace pomocí signálů z několika tagů) a tak dále. Princip fungování takové elektroniky je přitom velmi podobný právě RFID a NFC. Obvod získá energii z pulzů komunikace Bluetooth a skrze Bluetooth i odpoví.

Mimochodem, izraelskému startupu uvěřil třeba Qualcomm, který do něj letos a společně s dalšími partnery nalil devatenáct milionů dolarů.

Telefon, ze kterého zavoláte, aniž by měl baterii nebo solární panel

Podstata technologie, které se v angličtině říká backscattering tedy není nikterak nová a inženýři si s ní v laboratorních podmínkách hrají už roky. Ostatně, snaží se oživit i mnohem sofistikovanější a zábavnější elektroniku než nějaký maličký tag.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Miniaturní telefon se spotřebou v řádu jednotek mikrowattů. Energii k vlastnímu provozu sbírá z rádiového spektra.

Krásným příkladem je projekt s všeříkajícím názvem Battery Free Phone z Washingtonské univerzity. Je to příklad dokonalé optimalizace spotřeby, mobil totiž k chodu vyžaduje pouze několik málo mikrowattů elektrické energie, kterou získává z okolního elektromagnetického šumu.

V praxi se jedná o jednoduchý tištěný obvod, který musí komunikovat se speciální základnou. Kontakt s ní udrží na vzdálenost asi patnácti metrů. Teprve ta může sloužit jako brána do klasické mobilní sítě. Jedná se tedy hlavně o proof of concept – doklad, že je něco takového vůbec možné.

Internet věcí by mohl recyklovat energii, která je všude okolo

Podobně je na tom další projekt WiFi Backscatter z Washingtonské univerzity, který zase backscattering používá pro Wi-Fi komunikaci. Jednoduchý obvod získá energii k chodu díky silnému signálu Wi-Fi a jeho kmitočet pak využije i k vyslání pulzu s daty. Odpoví tedy přímo do internetu právě skrze Wi-Fi.

Klepněte pro větší obrázek
Wi-Fi Backscatter Tag je stejně primitivní jako pasivní RFID/NFC tag, informaci nicméně dokáže díky Wi-Fi jako nosiči dostat až na internet.

Na přenos filmů to samozřejmě není, ale stačilo by to k oživení třeba velmi jednoduché součástky, která se může periodicky probouzet a odesílat údaj o teplotě či jinou stavovou informaci. I tento experiment k chodu vyžaduje méně než deset mikrowattů, což je o mnoho řádu méně, než kdyby komunikoval jako plnohodnotný klient Wi-Fi – třeba váš telefon, laptop nebo tablet.

Svět okolo nás tedy opravdu nebývalou měrou září do okolí, a přestože se jedná o zdánlivě malá kvanta energie, drobné elektronice internetu věcí by jednou mohla sloužit jako stálý zdroj energie. Drobné čipy by tímto způsobem mohly do okolí samy vysílat data, aniž by byly vybavené jakoukoliv baterií nebo třeba solárním panelem. Jednalo by se tedy o jistou formu recyklace energie.

Témata článku: Google, Apple, Věda, Technologie, Wi-Fi, Český telekomunikační úřad (ČTÚ), Qualcomm, Baterie, Energie, Bluetooth, Fyzika, NFC, Jednoduchý obvod, Typický příklad, Postupné zlepšování, Celý stát, Komerční využití, Komunikační protokol, Kruciální otázka, Drobná elektronika, Rádiová vlna, Šum, Klíčová technologie, Laboratorní podmínky, Podobný způsob

Určitě si přečtěte

Tesla chce změnit nákladní dopravu. Její elektrický náklaďák má ohromující parametry

Tesla chce změnit nákladní dopravu. Její elektrický náklaďák má ohromující parametry

** Tesla představila elektrický kamion ** Má obdivuhodný výkon i dojezd ** Prodávat by se měl už za dva roky

17.  11.  2017 | Vojtěch Malý | 237

Dnes je Black Friday: Přehled slev na elektroniku a počítače

Dnes je Black Friday: Přehled slev na elektroniku a počítače

** Začala slevová mánie zvaná Black Friday ** Pozor, ne všechny slevy jsou opravdu výhodné ** Průběžně sledujeme slevové akce v počítačových e-shopech

22.  11.  2017 | David Polesný | 33

Google Mapy mají nový design. Líbí se vám víc než předchozí? Tady je srovnání

Google Mapy mají nový design. Líbí se vám víc než předchozí? Tady je srovnání

** Nový design Google Map přijde na počítače i mobilní telefony. ** Zaměřuje se na zvýraznění konkrétních míst, mapové podklady jsou mnohdy upozaděné. ** Lépe pracuje s chráněnými oblastmi a parky.

20.  11.  2017 | Vladislav Kluska | 30

Microsoftu se invaze na Android daří, jeho launcher aktivně používá přes milion lidí

Microsoftu se invaze na Android daří, jeho launcher aktivně používá přes milion lidí

** Microsoft se zabydluje na platformě Android ** Nedávno představený launcher už používá milion uživatelů ** Je to stále jen zanedbatelný zlomek uživatelů Androidu, ale slibný růst

22.  11.  2017 | Vladislav Kluska | 35


Aktuální číslo časopisu Computer

Otestovali jsme 5 HDR 4K televizorů

Jak natáčet video zrcadlovkou

Vytvořte si chytrou domácnost

Radíme s koupí počítačového zdroje