En modtager til berøringskommunikation

Batteriets levetid er et vigtigt problem i bærbare enheder. Ideelt set, de skal altid være klar til at modtage styresignaler uden at forbruge meget strøm. Forskere ved ETH Zürich har nu udviklet en zero-power modtager til berøringskommunikation, der høster sin energi direkte fra signalet.

At have elektroniske gadgets altid klar til at fungere på vores kommando koster noget. Ifølge nogle skøn, strømforbruget til tv -apparater, DVD -afspillere, vaskemaskiner og andre apparater i standbytilstand tegner sig for op til en fjerdedel af den samlede elektriske energi, der bruges i en gennemsnitlig husstand. Selvom det bestemt er et beklageligt spild, problemet bliver endnu mere afgørende for batteridrevne enheder, især den nye generation, der tilhører "tingenes internet", og bærbare enheder såsom fitness trackere eller sundhedsmonitorer.

Vi vil have, at de konstant er klar til at modtage input, men det betyder, at de løbende vil forbruge strøm, og batterierne aflades hurtigt. Også, radiooverførte kontrolsignaler forårsager problemer vedrørende privatliv og sikkerhed. Michele Magno, en forsker ved Institut for Informationsteknologi og Elektroteknik ved ETH Zürich, har nu fundet en smart måde at løse disse spørgsmål på.

Inspiration fra Disney

"Tricket ligger i at høste den nødvendige energi til at modtage en vækkekommando direkte fra senderen gennem et tryk", forklarer Magno, der har arbejdet med vågneradio og energihøstteknologier i mange år. Ideen til den nye enhed stammer fra et tilfældigt møde med forskere på Disney Research lab i Zürich, der var interesseret i en berøringsaktiveret kontakt til at implantere i deres legetøj. "De havde en tilgang, der involverede en modtager, der ville tømme batterierne om et par timer, så i sidste ende kom der ikke noget ud af det samarbejde ", Magno siger, men tilføjer:"Stadig, min nysgerrighed blev vakt, og jeg troede virkelig, at modtageren kun kunne få succes, hvis den havde brug for nul strøm. Så, Jeg begyndte at arbejde på en prototype af den enhed, jeg havde i tankerne i min fritid, og senere ved hjælp af mine kandidatstuderende Philipp Mayer og Raphael Strebel. "

Energihøst ved "berøring"

I mellemtiden, Magnos idé er blevet indsendt som et patent til European Patent Office. Dets princip er enkelt, men udfordrende:modtageren, som ikke har sit eget batteri, fanger signaler på en elektrode, når den "berøres" af en menneskekrop. For at få modtageren til at vågne, før det egentlige kommandosignal sendes - en moduleret elektromagnetisk bølge med en frekvens på et par Megahertz - tilføjer senderen en "præambel", der varer et par millisekunder, og som ikke indeholder information. Den energi, der optages af modtageren i løbet af denne tid, lagres i en kondensator, som fungerer som en strømkilde til modtagelse og afkodning af det egentlige styresignal, der følger. Andre strømhungrende enheder i dvaletilstand kan derefter vækkes af modtageren, forudsat at den korrekte identifikation blev modtaget.

"På denne måde, vi har en ægte zero-power-modtager, der kan bruges på en lang række måder ", Magno forklarer, "såsom berøringssensorer på din bil, der genkender dig og åbner dørene for dig". Dette kan være meget sikrere end nuværende radiobølgebaserede teknologier som RFID, som udsender deres signaler over en afstand og kan, derfor, blive hacket. Et andet interessant område er kommunikation inden for kroppen, hvor bærbare enheder placeres, for eksempel, på en persons arme, kommunikere med hinanden, eller udveksling af oplysninger om håndtryk mellem to brugere. Magno og hans kolleger har vist, at deres prototypemodtager har en rækkevidde på kroppen på mere end 1,7 meter, muliggør kommunikation mellem brugerens håndled og enhver anden del af kroppen.

Ideelle forhold på ETH

Når Michele Magno fortæller om sit seneste værk, hans entusiasme er håndgribelig, og han har ambitiøse planer for fremtiden. Ved hjælp af ETH-overførselskontoret planlægger han at oprette opstartsvirksomheder, der vil udvikle hans prototype til kommercielle enheder til applikationer lige fra berøringskommunikation til overvågningstog. For at komme til det punkt, hvor han nu er - involveret i omkring ti forskellige forskningsprojekter med mere end et dusin ph.d. og kandidatstuderende samt post-docs-han er kommet langt fra sin alma mater i Bologna, hvor han opnåede sin ph.d. i 2010.

Efter en kort periode på ETH Zürich under hans doktorgradsstudier, han arbejdede som postdoktor i Irland og Frankrig i et par år, til sidst afviser jobtilbud som adjunkt til fordel for en post-doc-stilling ved ETH i gruppen af ​​Luca Benini på Integrated Systems Laboratory (IIS), som for nylig blev til en fast stilling. Begrundelsen for dette valg var enkel, han siger:"Hvad jeg kan gøre i min nuværende stilling på ETH, Jeg kunne ikke gøre som professor andre steder i Europa - betingelserne her er simpelthen ideelle. "

Stadig, hans bånd til universitetet i Bologna er stærke, hvilket også afspejles i hans stilling som forsker der, tilsyn med en gruppe studerende, der meget vellykket deltager i innovationskonkurrencer sponsoreret af teknologivirksomheder. Når han ikke har travlt i laboratoriet med at opfinde nye enheder, han tilbringer tid med sin familie:sin franske kone, som han mødte i Irland, og hans unge tvillingedøtre. Og hvem ved, måske en dag vil deres legetøj indeholde de zero-power modtagere, som far opfandt.