Jutikliai be baterijų

Kai kurie technologai mano, kad ateityje visur bus įterpti iš pažiūros nematomi kompiuteriai, kurie rinks duomenis apie aplinką ir padarys juos naudingus sprendimus priimantiems asmenims. Vienas iš būdų pasiekti tokį visur esantį skaičiavimą yra išsklaidyti mažyčius jutiklius, kurie matuoja, pavyzdžiui, šviesą, temperatūrą ar judesį.

Tačiau be nuolatinio maitinimo šaltinio tokių jutiklių baterijas reikėtų keisti kas kelis mėnesius. Kitaip tariant, visur esantys jutikliai taip pat gali reikšti visur esančias išsikrovusias baterijas, sako Joshas Smithas, tyrėjas „Intel“ tyrimai Sietle.

Smithas ir jo komanda sprendžia šią problemą ne dirbdami su ilgiau veikiančiomis baterijomis, o bandydami visiškai pašalinti baterijų poreikį. Vietoj to, jų prototipuose naudojama ta pati energijos šalinimo technika, naudojama radijo dažnio identifikavimo be baterijų (RFID) žymoms.

Jutiklio baterijos išmetimo idėja nėra nauja. Tyrėjai pasiūlė fiksuoti energiją iš aplinkos vibracijų ar aplinkos šviesos, kad būtų galima maitinti jutiklį (žr. Nemokama elektra iš nanogeneratorių). Tačiau neaišku, ar technologiją, kuri fiksuoja aplinkos energiją, galima nebrangiai integruoti į jutimo įrenginį.

Priešingai, technologija, naudojama RFID žymeliuose, kurios perduoda kelis informacijos bitus, kai nuskaitoma RFID skaitytuvu, yra pakankamai pigi, kad ją būtų galima integruoti į jutiklius ir gaminti masiškai; jie jau plačiai naudojami stebėti gyvulius ir krovinius, taip pat automobilius, važiuojančius lengvo pravažiavimo juostomis greitkeliuose.

Smithas paaiškina, kad „Intel“ jutikliniuose įrenginiuose naudojami jau paruošti komponentai: antena duomenims siųsti ir priimti bei energijai iš skaitytuvo rinkti ir jutiklių turintis mikrovaldiklis – mažas kompiuteris, kuriam surinkti reikia tik kelių šimtų mikrovatų galios ir apdoroti duomenis.

Antena šią galią surenka tiesiai iš radijo bangų, kurias skleidžia RFID skaitytuvas. Kai žyma patenka į skaitytuvo diapazoną, skaitytuvo radijo signalas praeina per anteną, generuodamas įtampą, kuri aktyvuoja žymą. Tada žyma gali siųsti informaciją skaitytuvui per procesą, vadinamą atgaline sklaida, kurio metu antena iš esmės atspindi gauto radijo signalo duomenų užkoduotą variantą.

Mikrovaldiklyje, kurį Smith komanda pridėjo prie RFID antenos, yra 16 bitų mikroprocesorius, 8 kilobaitai „flash“ atminties ir 256 baitai laisvosios prieigos atminties.

Vienas iš pagrindinių mikrovaldiklio užduočių yra užtikrinti, kad informacija skaitytuvui būtų perduodama be klaidų, o tai reikalauja daugiau skaičiavimų, nei gali atlikti įprastinė RFID žyma. Įprastoje žymoje klaidų tikrinimo informacija yra iš anksto apskaičiuojama ir saugoma mikroschemoje; Tačiau jutikliui, pasak Smith, ši informacija turi būti skaičiuojama realiuoju laiku, kai renkami duomenys.

Kaip ir RFID žymos, jutikliai be baterijų įsijungia tik tada, kai susiduria su skaitytuvu. Kol RFID skaitytuvas yra įrenginio veikimo zonoje, Smithas teigia, kad jis gali rinkti duomenis ir siųsti juos skaitytuvui.

Be baterijų jutikliai gali būti naudingi daugelyje sričių, įskaitant mediciną, sako Zeke Mejia, Sent Paule įsikūrusios RFID žymų gamintojos Digital Angel vyriausiasis technologijų pareigūnas. Mejia teigia, kad jie bet kuriuo metu gali patikrinti kūno būklę ir tam tikras sąlygas – nuo ​​gliukozės kiekio diabetu sergantiems žmonėms iki kraujo ir kitų kūno skysčių pH.

Dabartinėje formoje „Intel“ jutikliai turi būti maždaug metro atstumu nuo skaitytuvo, kad juos būtų galima suaktyvinti. Tai yra arčiau, nei būtų idealu kai kurioms reikmėms, pavyzdžiui, matuoti maisto produktų, supakuotų į dideles dėžes, temperatūrą arba vibraciją storose sienose. Problema ta, kad nors mikrovaldikliui veikti reikia tik milivatų galios, jam reikia trijų voltų elektros, kad jis įsijungtų, o jutiklis turi būti per metrą nuo pramonės standarto RFID skaitytuvo, kad generuotų tiek energijos. Tačiau atlikus nedidelius mikrovaldiklio duomenų apdorojimo būdo pakeitimus, Smithas teigia, kad grupė galėtų sumažinti reikalingą įtampą iki 1,8 volto ir taip išplėsti diapazoną iki maždaug penkių metrų.

Naujausias komandos prototipas apima šviesos jutiklį, temperatūros jutiklį ir net pakreipimo jutiklį į vieną įrenginį be baterijos. Tyrėjai ieško būdų, kaip integruoti mikrovaldiklį ir anteną į vieną lustą, kurį būtų lengviau įdiegti lauke. Tuo tarpu jie sukūrė vaizdinį demonstravimą, kiek energijos RFID antena gali sukaupti iš skaitytuvo: jie panaudojo ją norėdami maitinti rankinio laikrodžio antrąją rodyklę.

Žmones stebina, kad ši nematoma energijos forma – radijo bangos – iš tikrųjų gali priversti laikrodžio rodyklę pajudėti, sako Smithas. Ir vienas sekundės rodyklės žymėjimas, pasak Smith, sunaudoja maždaug tiek energijos, kiek siunčiant vieną duomenų bitą iš savo jutiklio.

paslėpti