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.

Diskuze (16) Další článek: Apple zrychlí bezdrátové nabíjení nových iPhonů. Stačit bude softwarový update

Témata článku: Google, Apple, Věda, Technologie, Wi-Fi, Baterie, Energie, Český telekomunikační úřad (ČTÚ), Fyzika, Qualcomm, Bluetooth, NFC, Klíčová technologie, Elektrická energie, Rádiový šum, Silný signál, Podobný způsob, Šum, Drobný čip, Postupné zlepšování, Laboratorní podmínky, Detailní přehled, Obvod, Datová komunikace, Wi-fi komunikace


Určitě si přečtěte

PrusaLab a FutLab: Praha se dočkala špičkových komunitních dílen pro hackery

PrusaLab a FutLab: Praha se dočkala špičkových komunitních dílen pro hackery

** Nejprve svoji velkou dílnu otevřelo Brno ** Letos se přidala i Praha ** Nabízí malé 3D tiskárny i velké průmyslové stroje

Jakub Čížek | 11

Blíží se Juno. Jeden z nejhezčích Linuxů pro normální lidi

Blíží se Juno. Jeden z nejhezčích Linuxů pro normální lidi

** Ubuntu a Fedora patří k nejpopulárnějším linuxovým OS pro desktop ** A pak je tu zástup dalších nebo jejich odvozenin ** Jedním z nich je Elementary OS, který se brzy dočká novinek

Jakub Čížek | 71

Porno insider: Jak virtuální realita vstupuje do filmů pro dospělé

Porno insider: Jak virtuální realita vstupuje do filmů pro dospělé

** Pornografie údajně představuje třetinu internetové obsahu a je technologický tahounem ** Do erotického obsahu postupně zasahuje i virtuální realita ** Kromě vizuálního vjemu se pracuje také na virtuálním uspokojení toho hmatového

Jan Dudek | 28

Rekordy počasí: V Česku to ještě jde, skutečné extrémy zažívají jinde

Rekordy počasí: V Česku to ještě jde, skutečné extrémy zažívají jinde

** Teplotní extrémy dokážou překvapit. Seznamte se s rekordy v Česku i ve světě ** Rekordní hodnoty jsou mnohdy až k neuvěření ** Zjistěte, kdy ke bylo největší horko, zima, déšť či vítr

Karel Kilián | 7

Šéf amerického Red Hatu: Odpojte Brno od internetu a zhroutíme se

Šéf amerického Red Hatu: Odpojte Brno od internetu a zhroutíme se

** V Česku najdete hromadu skvělých vývojářů ** Mnozí z nich přispívají do open-source ** Třeba v brněnském Red Hatu

Jakub Čížek | 51

Alan Turing: Genius, který matematicky stvořil počítač

Alan Turing: Genius, který matematicky stvořil počítač

Řešením matematického problému se dostal k modelu teoretického stroje, který nese jeho jméno a je základem logiky univerzálních počítačů.

Pavel Tronner | 56

15 věcí, které umí Windows 10, ale možná o nich vůbec nevíte

15 věcí, které umí Windows 10, ale možná o nich vůbec nevíte

** Systém Windows 10 umí spoustu užitečných drobností ** O mnoha praktických funkcích pravděpodobně ani nevíte ** Poznejte užitečné tipy, které se vám mohou hodit každý den

Vladislav Kluska | 30


Aktuální číslo časopisu Computer

Kdy necháme řídit chytrá auta?

6 Wi-Fi Mesh systémů ve velkém testu

Srovnali jsme 7 sportovních kamer

Znáte pravidla pro létání s drony?