دستگاه‌های بدون باتری در آینده‌ای نزدیک

تاریخ انتشار: یکشنبه ۱۳۹۹/۰۵/۲۶

عمر کوتاه باتری بزرگ‌ترین چالش پیش روی استقرار اینترنت اشیاء (IoT) در تمامی حوزه‌ها است. ترکیب گیرنده‌های بیدار باش (wake-up) با کاربرد پارازیتی امواج رادیویی محدود می‌تواند به نحوی قابل توجه مصرف برق IoT را کاهش دهد.

 


سنسورهای که نیاز به منبع برق ندارند به زودی به روی کار می‌آیند. پژوهشگران معتقدند به نحوه بهینه سازی ماژول‌های آزمایشگاهی پی برده‌اند، به موجب این دست‌آوردها به زودی می‌توان از امواج رادیویی وای فای (Wi-Fi) که در اینترنت اشیاء برای ارتباطات با یک شبکه به کار می‌رود، با 5 برابر انرژی کمتر استفاده کرد و در عین حال پهنای باند کافی برای ارسال ویدئو نیز در اختیار داشت.

به کمک این تکنیک می‌توان از انعکاس امواج استفاده کرد. یک راهی برای استفاده پارازیتی از سیگنال‌های رادیویی موجود در محیط‌های عادی است. در این راهکار، تراشه با استفاده از انتقالات بی‌سیم موجود، داده‌های خود را ارسال می‌کند. این روش ارسال داده به قدرت برق پایین نیاز دارد، زیرا فرستنده مورد نیاز برای انتقال امواج رادیویی از قبل ساخته شده است، به انرژی جدید برای ارسال پیام نیاز ندارد.

پژوهشگران علاوه تحقیق بر روی پروژه انعکاس امواج (Backscattering)، بر روی توسعه گیرنده‌های رادیویی بیدار باش (wake-up) نیز تمرکز کرده‌اند. منظور از wake-up این است که یک گیرنده بی‌سیم یا سایر گیرنده‌های رادیویی تنها زمانی فعال شوند که باید پیامی را انتقال داده یا دریافت کنند. یک گیرنده رادیویی برای سیگنال‌دهی wake-up وجود دارد؛ این گیرنده رادیویی تنها به هدف دریافت علامت تعبیه شده است. گیرنده رادیویی دوم یک گیرنده رادیویی با وظیفه سنگین‌تر بوده و مسئول ارسال داده‌ها است. در این تکنیک در مصرف برق صرفه‌جویی می‌شود، زیرا گیرنده رادیویی اصلی در تمام مدت فرایند روشن نیست.

نتایج پژوهش‌های صورت گرفته در این حوزه‌ها نشان می‌دهد که به زودی شاهد استفاده از تکنیک انعکاس امواج خواهیم بود که یعنی سیگنال‌های رادیویی محدود تحت کنترل قرار خواهئد گرفت. در نهایت نیز می‌توان شاهد عرضه گیرنده‌های رادیویی بیدار باش تنها به صورت یک بسته تجاری بود.

در حقیقت پژوهشگران تلاش می‌کنند سیگنال‌های بی‌سیم (Wi-Fi) را از دستگاه‌هایی که به صورت روزمره استفاده می‌شوند مانند گوشی‌های هوشمند و لپتاپ‌ها دریافت کرده و سپس داده‌های کدگذاری شده را با استفاده از انتقالات کنونی لایه‌بندی کنند. تراشه این سیگنال اصلاح شده جدید را به یک کانال بی‌سیم متفاوت منعکس می‌کند و سپس یک گیرنده بی‌سیم عادی آن را دریافت می‌کند. داده‌های مشمول در آن تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند.

میکرو پرازنده‌های مورد استفاده در این تراشه‌ها با 28 میکرو وات برق کار می‌کنند که بسیار اندک است و تنها 5/1 میلی‌متر مربع در منطقه است. در حالی که گیرنده‌های رادیویی عادی ممکن است صدها میلی‌وات برق نیاز داشته باشند. این تراشه‌های جدید می‌توانند داده‌ها را با سرعت 2 مگابایت بر ثانیه و به بیش از 21 متر ارسال کنند.

این پژوهش‌ها همگی به سوی نوعی پردازنده دو هسته‌ای در حرکت هستند: پردازنده‌ای که برق را از هوا دریافت می‌کند (انعکاس امواج) و تنها در زمان نیاز (wake-up) پیام‌ها را ارسال می‌کند، این تکنیک می‌تواد مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهد؛ به حدی که در نهایت مصرف برق تقریباً به صفر نزدیک می‌شود.

گیرنده‌های رادیویی بی‌سیم مصرف برق پایینی دارند، همین مسئله باعث شده تحقیقاتی درباره کاربردهای جدید این گیرنده‌ها صورت گیرد، به طوری که دیگر نیازی به اتصال دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) به برق نباشد. اهمیت این پژوهش‌ها بسیار فراتر از کاهش برق مورد نیاز دستگاه‌های اینترنت اشیاء است. به عبارت بهتر، اگر روزی کل نیاز به برق برطرف شود، آن روز تمامی اشیاء می‌تواند به اینترنت متصل شوند

این نوآوری‌ها امکان اتصال دستگاه‌هایی را فراهم می‌کند که در حال حاضر به اینترنت متصل نیستند. اشیایی که نمی‌توانند برق مورد نیاز گیرنده‌های رادیویی بی‌سیم کنونی را تأمین کنند یا اشیایی که تحمل تعویض باتری را ندارند در آینده و عرضه این نوآوری‌ها می‌توانند به راحتی و بدون نیاز به برق به اینترنت متصل شوند.