你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

物聯(lián)網(wǎng)黑科技:不耗電能充電的被動wifi技術(shù)

發(fā)布時間:2016-03-18 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】Gartner去年公布了新興技術(shù)周期圖,顯示2016年IoT成為了最被期待的新興技術(shù),與之相關(guān)的IOT平臺同樣受到強(qiáng)烈的關(guān)注,未來5到10年IoT技術(shù)將愈見成熟。到2020年聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的總數(shù)將達(dá)到甚至超過500億,物聯(lián)網(wǎng)將把家庭中的很多設(shè)備囊括進(jìn)來,其中小到智能恒溫器,大到智能電冰箱。
 
而電池有時候是移動設(shè)備與傳感器的禍根,這種電源并不可靠,必須充電或是定期更換,可能會成為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的最大弱點。為此美國華盛頓大學(xué)(University of Washington)研究人員想到了一個好主意:由從現(xiàn)有的廣播、電視以及其他無線信號中采集能量,他們開發(fā)出一種能讓傳感器、可穿戴式設(shè)備等低能量設(shè)備,不需要電池或電線就能連網(wǎng)的方法。
  
目前,國外媒體報道,美國華盛頓大學(xué)電子工程學(xué)院的學(xué)生們?nèi)涨把邪l(fā)出了一種全新的WiFi技術(shù),其最大特點是能耗不到當(dāng)前WiFi的萬分之一。最重要的是,通過反向wifi技術(shù)還可以給大批量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備充電。該技術(shù)已被《麻省理工科技評論》(MIT Technology Review)提名為“2016十大科技突破”,并且已實際應(yīng)用在華盛頓大學(xué)校園里。
 
 
發(fā)射無線電波 從電波中“吸取”供電能源
  
這項技術(shù)名為“Passive Wi-Fi”(被動WiFi),與日常使用的路由器幾乎沒什么兩樣,只是更節(jié)能。例如,當(dāng)前路由器的發(fā)射功率為100毫瓦,而Passive Wi-Fi路由器的發(fā)射功率僅為10~50微瓦,僅為萬分之一。
  
新WiFi技術(shù)的工作原理類似于RFID芯片,利用的是電磁的后向反射(Wi-Fi backscatter)通信技術(shù)。當(dāng)前的WiFi技術(shù)通過消耗電力來提供信號;而這項技術(shù)不同,它會選擇性地反射無線電波,還能從電波中“吸取”供電能量。
  
該項目研究人員瓦米思·塔爾拉(VamsiTalla)稱:“采用Passive Wi-Fi技術(shù)的設(shè)備本身并不傳輸任何信號,它只通過反射的方式生成數(shù)WiFi據(jù)包。因此,這種一種能耗非常低的無線發(fā)射技術(shù)。”
  
據(jù)研究人員介紹,Passive Wi-Fi的工作分為三步:首先需要在墻上安裝一個簡易設(shè)備,用以發(fā)送模擬波到Passive Wi-Fi的傳感器上。電量大部分耗費在該過程中,而傳感器幾乎不耗費電量。
  
接下來,傳感器會接受模擬波,然后進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,生成Wifi數(shù)據(jù)包。最后,設(shè)備能以每秒11Mbps的速度(快于藍(lán)牙,但慢于部分家庭寬帶)向手機(jī)或路由器傳送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
  
該低功耗wifi設(shè)備,來自名為Wi-Fi后向散射(Wi-Fi backscatter)的新型通訊系統(tǒng),該系統(tǒng)可使用無線電頻率作為電能來源,未來甚至不再需要電池。
  
Wi-Fi無線充電 直接從空氣中獲取能源
  
在這種技術(shù)的幫助下,未來的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能將不再需要電池,而是直接從空氣當(dāng)中獲取能源。
  
他們發(fā)明這項黑科技,被稱為“Wi-Fi無線充電”(“powerover Wi-Fi”)系統(tǒng),該技術(shù)讓我們可以通過Wi-Fi信號為距離28英尺(約合8.5米)內(nèi)的設(shè)備充電。
  
這套系統(tǒng)由兩個部分構(gòu)成,一個是接收器(路由器),以及一個定制的傳感器。“傳感器的目標(biāo)是收集RF(射頻)功率,并將其轉(zhuǎn)換為直流電源”該項目研究人員Vamsi Talla解釋道:“第二塊,就是我們的接收器,我們?yōu)槠鋵iT定制了一個解決方案,利用軟體修正的方式,讓路由器成為一個給力的電源,同時,也能扮演好傳統(tǒng)路由器的角色。”換句話說,你僅僅需要對傳統(tǒng)的Wi-Fi路由器進(jìn)行升級,讓數(shù)據(jù)傳輸和能源傳輸共存一體,互不干擾?;蛘撸鼫?zhǔn)確地說,這項技術(shù)只是有效利用了路由器產(chǎn)生的既有電能。
  
除了利用射頻做為電源,華盛頓大學(xué)的工程師們也發(fā)現(xiàn)了重復(fù)利用現(xiàn)有Wi-Fi信號為無電池設(shè)備提供連網(wǎng)功能的方法;這種稱為Wi-Fi Backscatter的技術(shù),號稱是第一個能讓無電池設(shè)備與Wi-Fi基礎(chǔ)設(shè)施鏈接的方案,奠基于讓低功率設(shè)備如溫度傳感器從廣播、電視與無線信號采集能量的較早期研究成果之上。
  
華盛頓大學(xué)表示,這種新技術(shù)需要克服的挑戰(zhàn)在于,傳統(tǒng)的低功率網(wǎng)絡(luò)如Wi-Fi與藍(lán)牙,所消耗的能量是得以從電視廣播、蜂窩網(wǎng)絡(luò)或Wi-Fi發(fā)射器采集之能量的兩到三倍。Wi-Fi Backscatter這種通訊機(jī)制,能讓透過射頻供電的設(shè)備透過反射(reflecting)或不反射來自Wi-Fi路由器的信號,將數(shù)據(jù)編碼;現(xiàn)有的設(shè)備與傳感器能偵測到由那些反射所產(chǎn)生的Wi-Fi信號強(qiáng)度變化。而因為Wi-Fi Backscatter只是反射、并非產(chǎn)生無線信號,因此只需要不到10mW的電量就能與連網(wǎng)設(shè)備溝通。
 
美國華盛頓大學(xué)開發(fā)的Wi-Fi Backscatter技術(shù)示意圖
  
華盛頓大學(xué)計算機(jī)工程電子工程副教授Joshua Smith表示:“你可能會想,一個低功率設(shè)備怎么可能造成無線信號的微小變化?但如果你仔細(xì)觀察,會發(fā)現(xiàn)環(huán)境中所有Wi-Fi信號的反射都有這種現(xiàn)象。”Wi-Fi Backscatter可達(dá)到1kbps的通訊速率,設(shè)備之間的距離最長可達(dá)20米,真是令人印象深刻。
  
早在19世紀(jì)末20世紀(jì)初,知名發(fā)明家 Nikola Tesla就提出過無線供電技術(shù),不過一直以來相關(guān)解決方案都無法取代隨處可見的AC電線;而現(xiàn)今產(chǎn)業(yè)界也有許多廠商都在開發(fā)短距離的無線充電技術(shù)。華盛頓大學(xué)計算機(jī)科學(xué)工程系副教授Shyam Gollakota表示:“要讓物聯(lián)網(wǎng)起飛,我們必須為可能達(dá)數(shù)十億臺、嵌入在各種日常用品中的無電池設(shè)備提供鏈接性。”
  
Gollakota 指出:“我們現(xiàn)在可以讓設(shè)備擁有無線鏈接功能,而且所消耗能量等級低于一般Wi-Fi設(shè)備。”也參與Wi-Fi Backscatter研發(fā)的華盛頓大學(xué)電子工程博士生Bryce Kellogg表示,該技術(shù)最大的優(yōu)勢之一,是只要透過軟件更新就能讓現(xiàn)有的家用無線路由器,擁有與其他家用智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通訊的功能,這大大降低了消費者布署新技術(shù)的門坎。
  
新技術(shù)已走出實驗室 正探尋市場化機(jī)會
  
 
Bryce Kellogg是華盛頓大學(xué)電子工程專業(yè)的一名博士生,同時也是Wi-Fi后向散射論文的聯(lián)合作者。他表示,這項技術(shù)擁有非常大的潛力。他表示,傳統(tǒng)Wi-Fi設(shè)備非常耗電,但Wi-Fi后向散射技術(shù)可以“大幅降低對于電池的依賴,甚至徹底消除對于電池的需要”。
  
在后向散射設(shè)備鏈的另一端,Wi-Fi接入點可以通過軟件升級來和該技術(shù)進(jìn)行協(xié)作,Kellogg說。“這也就意味著我們可以在房屋當(dāng)中部署一套無需電池的傳感器或智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,然后通過現(xiàn)有的Wi-Fi路由器和它們進(jìn)行通訊。”他說,“這種方式打破了影響用戶采納物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一個巨大障礙。”
  
研究團(tuán)隊對Wi-Fi充電系統(tǒng)進(jìn)行了試驗,在20英尺(約合6米)、17英尺(約合5.18米)、28英尺(約合8.53米)三個距離上,分別對一個溫度傳感器、數(shù)碼相機(jī)還有充電電池成功進(jìn)行了充電。如果你覺得這些玩意兒似乎有點小兒科,不要怪他們,要怪就怪美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)好了,人家硬要規(guī)定,Wi-Fi路由器的輸出功率最高不得超過一瓦,理由嘛,尚且不得而知。如果這一限制得以放松,Wi-Fi充電系統(tǒng)必將為更多更大件的設(shè)備服務(wù)。
  
目前,這種新技術(shù)早已走出了實驗室。華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊已經(jīng)進(jìn)行了實測,他們在美國西雅圖市的六所住宅內(nèi)部署了無線充電系統(tǒng),所使用的是華碩RT-AC68U路由器。值得一提的是,測試用的路由器都是些幾年前的老型號了,但這并沒有影響到實驗結(jié)果,實驗證明,這項技術(shù)已經(jīng)完全可以投入使用。Talla表示:“理論上說,這只不過是一個固件升級。”他們需要和硬件制造商合作,雖然當(dāng)前還沒有談成交易,不過團(tuán)隊也正努力探尋市場化的機(jī)會。
  
研究團(tuán)隊已經(jīng)創(chuàng)建了一家公司,希望將迄今為止掌握的Wi-Fi充電技術(shù)轉(zhuǎn)化為一款真正的產(chǎn)品投放市場。他們在市場化過程中,也看到了許多不足,需要進(jìn)一步提升。比如提高接收器效率,增加充電距離,以及通過代碼調(diào)整優(yōu)化,讓路由器進(jìn)一步完善升級。
  
Talla表示:“我們已經(jīng)對外發(fā)布的研究成果,可以視為第一個概念驗證(POC,即根據(jù)特定客戶的特定業(yè)務(wù)需求而設(shè)計的軟件、硬件原型的解決方案)。但這并不是最佳解決方案,我們正在積極研究,力圖讓該技術(shù)表現(xiàn)得更為成熟。”
  
另外,研究團(tuán)隊也在考慮市場問題,想要更好地適應(yīng)工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域的需求。當(dāng)然了,如果美國FCC對于路由器輸出功率的限制能夠放寬,一切將不再是問題,不過即便有所限制,這項技術(shù)也還是大有用武之地的。
  
雖然目前的Wi-Fi充電暫時還只能是“涓涓細(xì)流”并不能“勢如山洪”,但這仍然是一個了不起的成就。忘了背插充電器,還有電池組什么的吧,我們需要的電能就在身邊,我們已經(jīng)找到利用它們的方法, Wi-Fi無線充電就在眼前。
要采購路由器么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉