Создан питающийся от радиофона Wi-Fi-модем

wLlEz0-K0kY1

Устроство передает до одного килобита в секунду на расстоянии в два метра.

 

Американские ученые создали прототип Wi-Fi-устройства, которому не требуется батарея или внешний источник питания: всю необходимую для работы энергию он получает из окружающих фоновых радиоволн. Краткое описание изобретения приводится на сайте Вашингтонского университета, манускрипт авторов можно прочитать здесь.

Основная сложность, которую пришлось решать при создании устройства, заключалась в том, что работа в обычном Wi-Fi режиме требует на два порядка  больше энергии, чем можно получить из радиофона. Поэтому авторам пришлось придумать новую схему кодирования сигнала, которая работала «поверх» стандартного Wi-Fi.

Схема работы состоит из трех ключевых элементов: источника Wi-Fi-сигнала (роутера), Wi-Fi-приемника (смартфон, ноутбук или любое другое аналогичное устройство), и самого нового устройства. Для передачи сигнала последний использует амплитудную модуляцию ИСК (информация о состоянии канала) или силы сигнала Wi-Fi по следующему приципу: отражение полного сигнала источника кодирует «1», ретрансляция того же сигнала, но с меньшей амплитудой — «0». Приемник сравнивает исходный сигнал от источника с модифицированным сигналом от прототипа, таким образом считывая побитно закодированную информацию. Во избежание помех, вызванных задержками сигнала, в каждом пакете указывается время передачи, по которому приемник восстанавливает полное сообщение, переданное прототипом. Для приема информации сигнал модулируется следующим образом: если прибор получает Wi-Fi пакет, это соответствует «1», если нет – «0». Эта процедура необходима, так как на считывание информации непосредственно из содержание Wi-Fi пакета уходит в несколько раз больше энергии, чем доступно в устройствах без батарей.

Авторы собрали действующий образец описанного устройства. В его основе лежит патч-антенна, которая может либо отражать поступивший радиосигнал, либо принять его и ретранслировать с незначительными изменениями. Дополнительная начинка: примитивные часы, модуль, распознающий Wi-Fi пакет, 6 контуров, преобразующих радиоволны в постоянное напряжение. Также к устройству добавили вторую антенну, собирающую сигнал с телевышек в качестве источника питания, что позволяет устройству работать с Wi-Fi лишь как с информацией, а не с основным источником энергии. Прототип успешно обменивался информацией на расстоянии до 2 метров со стандартными смартфоном и ноутбуком, используя в качестве основного источника питания обычный wi-Fi роутер университетской сети. Мощность, необходимая для приема и передачи данных, составила 0.65 микроватт при приеме и 9.0 микроватт при передаче, что лежит в пределах того диапазона, в котором можно конвертировать фоновое радио-излучение.

Уникальность описанного изобретения заключается в том, что в отличие от предшественников американским ученым удалось заставить свой прибор работать в рамках стандартных Wi-Fi протоколов, используемых в большинстве современных беспроводных устройств. До этого уже были создана приборы, способные обмениваться радио-сигналом и также работающими без батарей или постоянного источника питания, однако их мощности были на несколько порядков ниже, чем требуется для обработки стандартного протокола Wi-Fi. Использование модуляции ИСК и силы сигнала — скорее технических, нежели информационных составляющих Wi-Fi сигнала, позволило авторам снизить энергозатраты до допустимых пределов.

Потенциальная сфера применения разработанного устройства тесно связана с концепцией «Интернета вещей» (IoT — Internet of Things), активно развивающейся в последнее время. В ее рамках предполагается внедрение многочисленных сенсоров и датчиков, способных обмениваться по сети Интернет с устройствами, находящимися в непосредственной близости. Речь идет прежде всего о датчиках мониторинга чистоты окружающей среды, состояния инженерных объектов (мостов, тоннелей), температуры, давления и т.п. В ту же концепцию входит объединение в сеть современных «умных» домов, машин и целых городов, как, например, Сонгдо в Южной Корее. Развитие Интернета вещей в настоящий момент замедлено из-за нескольких ключевых проблем: энергетической, так как столь масштабное внедрение электронных устройств требует коллосальных затрат энергии; инфраструктурной, так как наиболее распространенный сейчас Интернет-протокол Ipv4 просто физически неспособен вместить такое большое количество индивидидуальных устройств; проблемы безопасности, так как любое устройство, подключенное к глобальной сети автоматически становится мишенью для потенциальной хакеров.