Однажды новая технология может помочь Интернету вещей
Несколько лет назад Алин Эйд сидела в ресторане и делилась попкорном с Джимми Хестером. Однако они не просто перекусывали. Они ломали голову над сложной проблемой. Как они могли воспользоваться мощностью невидимых сигналов, отправляющих данные на сотовые телефоны, компьютеры и другие устройства? Если бы они смогли справиться с этим, люди могли бы когда-нибудь использовать свою электронику без батареек и шнуров. В ходе мозгового штурма идея оформилась. Эта идея теперь стала реальностью.
Сердце их новинки - особый гаджет. Он помогает собирать беспроводные сигналы, посылаемые вышками сотовой связи. Устройство, получившее название линзы Ротмана, немного похоже на плоского металлического паука. «Мы были так взволнованы. Я знал, что это сработает », - вспоминает Эйд. Она аспирант по электротехнике в Технологическом институте Джорджии в Атланте.
Хестер является соучредителем технологической компании Atheraxon. Это тоже в Атланте. Он и Ид поделились этой идеей со своим профессором Маносом М. Тенцерисом. «Это было прорывное решение», - говорит Тенцерис.
Тарантул
Сбор беспроводной энергии плохо работает на больших расстояниях. Эту проблему хорошо знает инженер-электрик Хина Табассум. В Йоркском университете в Торонто в Канаде, она тоже работает над этой проблемой.
Радиоволны и микроволны переносят данные с вышек сотовой связи на наши телефоны и другие устройства. Площадь, которую покрывает каждая башня, называется ячейкой. Ваш мобильный телефон связывается с ближайшей вышкой для обмена данными. Первые сотовые сети использовали радиоволны для отправки и получения данных. В новых сетях 5G теперь используются более высокочастотные микроволны. Эти волны могут нести больше данных и передавать их быстрее. Хотя это может помочь сэкономить энергию, эти волны не распространяются так далеко. Это потому, что здания и другие объекты блокируют их. Влага из атмосферы также поглощает их, уменьшая их силу по мере того, как они путешествуют.
Когда волны энергии омывают телефон или другое устройство, они сбрасывают данные и затем продолжают свой путь. Энергия, которая использовалась для передачи этих данных становится бесполезной. По словам Тенцериса, эта энергия - отходы, если только не научить устройство преобразовать ее в электричество.
Такой отвод энергии возможен по всему электромагнитному спектру. Но «вы не сможете получить много энергии от низких частот», - говорит Ид. 5G миллиметрового диапазона впечатляет, потому что вышки сотовой связи используют гораздо больше энергии для передачи этих высоких частот. Таким образом, собирающая антенна может получать больше электроэнергии из этих сигналов.
Типичная вышка 5G передает микроволновые сигналы на расстояние примерно 180 метров . Чтобы собрать их энергию на краю этого расстояния, приемная антенна должна указывать в том же направлении, откуда приходят волны. Ид и Хестер размышляли, как собрать энергию с такого расстояния и из множества разных направлений.
И они решили проблему с линзой Ротмана. Линзы Ротмана существуют уже давно, но инженеры использовали их только для отправки сигналов, а не для их приема. По словам Табассума, использование их в качестве приемника - это «новая технология».
Данная линза немного похожа на сплющенного металлического птицееда. Паучьи «лапки» отходят с двух сторон от центрального тела. С одной стороны эти ножки ведут к восьми маленьким антеннам. С другой стороны, они ведут к шести портам. Антенны улавливают микроволны и фокусируют их в одной точке на одном из этих портов луча - в зависимости от того, какая из них лучше всего совпадает с направлением входящих волн. Другая часть устройства преобразует микроволны в электрическую энергию.
Шесть лучевых портов похожи на шесть из восьми глаз на голове настоящего тарантула. С их помощью, по словам Ид, «наша система также может смотреть в шести разных направлениях».
Исследователи протестировали свое устройство в лаборатории на расстоянии 2,8 метра. Они не смогли протестировать его при тех же высоких энергиях, что и вышка 5G. Но они собрали достаточно информации, чтобы смоделировать, как устройство должно работать в реальном мире. Теперь они сообщают, что на расстоянии 180 метров это устройство может обеспечить мощность в шесть микроватт.
Табассум опасается, что эта оценка может быть завышена. Ее основная проблема заключается в том, что такие объекты, как здания, деревья и люди, будут блокировать сигналы, ограничивая, сколько этой энергии достигнет устройства.
Тенцерис говорит, что Команда Технологического института Джорджии теперь планирует протестировать устройство на еще больших расстояниях.
Интернет вещей
Шесть микроватт - это небольшая мощность. Для зарядки типичного аккумулятора одного из современных сотовых телефонов требуется около 6 миллионов микроватт (6 Вт) мощности. Тем не менее, у нового изобретения будет достаточно мощности для работы большинства датчиков и микрочипов.
По мере появления Интернета вещей датчики и микрочипы распространяются повсюду. Электроника с низким энергопотреблением может измерять качество воздуха или почвы. Они могут следить за аспектами безопасности мостов или зданий. Они могут управлять отоплением или освещением в доме и даже следить за чьим-либо здоровьем. Но батареи, питающие эту электронику, содержат тяжелые металлы, которые нелегко произвести или безопасно утилизировать. По словам Эйд, поиск способа обеспечить работу Интернета вещей без батарей принесет пользу окружающей среде.
Ее команда придумала, как сделать новое устройство по низкой цене, в основном с помощью струйного принтера. Они надеются начать продавать его как продукт в ближайшие несколько лет.
Назовут его «Тарантул»? Скорее всего нет. Но Эйд действительно говорит, что у него есть еще одна общая черта с пауками. «Тарантул может забраться куда угодно, - говорит Эйд. Устройство легкое и гибкое. Вы можете наклеить его где угодно, например, наклейку - особенную наклейку размером с игральную карту, которая забирает энергию из воздуха!
Ставьте лайки, делайте репосты и не забывайте заземлять!
Подписывайтесь на наш канал!
Всем читателям нашего блога - Скидка в нашем интернет-магазине на продукцию Keysight и любую другую по промокоду ZENPROFIT
