Första demonstrationen av en övervakningskamera som drivs av vanliga Wi-Fi-sändningar

En av de viktigaste hindren för att distribuera sensorer, kameror och kommunikatörer är frågan om makt. Uppgiften att montera en säkerhetskamera på en yttervägg eller en temperatursensor på en vind kommer omedelbart in i frågan om hur man drar en strömkabel till enheten eller för att ordna att batterier byts ut regelbundet.

Sedan finns det Internet of things, tanken att nästan varje föremål skulle kunna förses med ett chip som sänder data som dess plats, om det är fullt eller tomt eller om någon annan parameter som temperatur eller tryck är farligt hög eller låg.

Stora saker förväntas av Internet of things men bara om ingenjörer kan lösa en potentiell stopp i en fråga: hur man driver dessa många små maskiner.

Idag får vi svar tack vare Vamsi Tallas och kompisars arbete vid University of Washington i Seattle. De här killarna har utvecklat ett sätt att sända ström till fjärrenheter med hjälp av en befintlig teknik som många människor redan har i sina vardagsrum: vanligt Wi-Fi. De kallar sitt nya tillvägagångssätt makt över Wi-Fi eller PoWi-Fi.

Idén är enkel i konceptet. Wi-Fi-radiosändningar är en form av energi som en enkel antenn kan ta upp. Hittills har alla Wi-Fi-mottagare designats för att samla in informationen som dessa sändningar bär.

Men Talla och co påpekar att det inte finns någon anledning till att energin inte ska skördas också. Frågan är hur mycket man kan samla på sig på detta sätt. Och däri ligger utmaningen.

University of Washington-teamets inställning till detta är uppfriskande okomplicerad. De ansluter helt enkelt en antenn till en temperatursensor, placerar den nära en Wi-Fi-router och mäter de resulterande spänningarna i enheten och hur länge den kan fungera på enbart denna fjärrströmkälla.

Det enkla svaret är att spänningen över sensorn aldrig är tillräckligt hög för att passera drifttröskeln på runt 300 millivolt. Det kommer dock ofta nära.

Men en närmare granskning av uppgifterna ger intressant läsning. Problemet är att Wi-Fi-sändningar inte är kontinuerliga. Routrar tenderar att sända på en enda kanal i skurar. Detta ger tillräckligt med ström för sensorn men så fort sändningen slutar sjunker spänningen. Resultatet är att sensorn i genomsnitt inte har tillräckligt med juice för att fungera.

Det gav Talla och kompisar en idé. Varför inte programmera routern att sända brus när den inte sänder information och använda intilliggande Wi-Fi-kanaler för att bära den så att den inte stör datahastigheterna.

Och det är precis vad de har gjort. För att göra detta behöver de tre routrars elektroniska inre, en för var och en av kanalerna de tänker sända på. (Wi-Fi-sändningar kan vara på vilken som helst av 11 överlappande kanaler inom ett 72 MHz-band centrerat på 2,4 GHz-frekvensen. Detta gör att tre icke-överlappande kanaler kan sändas samtidigt.)

Talla och co använder tre Atheros AR9580-chipset, standardelektronik för Wi-Fi-routrar. Men de programmerar dessa enheter för att sända på ett sätt som kan ge kontinuerlig kraft till en sensor för energiskörd.

Sedan mäter de de resulterande spänningarna i sin temperatursensor och bestämmer hur länge den kan fungera på olika avstånd från den modifierade routern.

Resultaten är imponerande. Det visar sig att temperatursensorn kan fungera på avstånd på upp till cirka sex meter från routern och genom att lägga till ett laddningsbart batteri till mixen kunde Talla och co öka det till cirka nio meter.

Ännu mer ambitiöst kopplade de också in en kamera till sin antenn. Detta var en lågeffekt Omnivision VGA-sensor som kan producera 174 x 144 pixlar svartvita bilder, vilket kräver 10,4 milliJoule energi per bild.

För att lagra energi fäste de en lågläckagekondensator till kameran, som aktiveras när kondensatorn laddas till 3,1V och fortsätter att fungera tills spänningen sjunker till 2,4 Volt. Bilderna lagrades i ett 64 KB icke-flyktigt ferroelektriskt direktminne.

I de efterföljande testerna presterade kameran anmärkningsvärt bra. Den batterifria kameran kan fungera upp till [cirka fem meter] från routern, med en bildtagning var 35:e minut, säger Talla och co. Genom att lägga till ett uppladdningsbart batteri ökade de det till sju meter. Routern kan till och med driva kameran genom en tegelvägg, vilket visar att det skulle vara möjligt att fästa enheten utanför samtidigt som strömförsörjningen behålls inuti.

Det är något som skulle vara väldigt användbart för övervakning, kanske kopplat till en rörelsesensor för att trigga kameran när något rör sig i dess synfält.

Bara för att visa upp sig kopplade teamet också sin antenn till en Jawbone fitness tracker och använde den för att ladda om myntsmeten som drev den. Med detta laddar vi en Jawbone UP24-enhet i närheten av PoWi-Fi-routern från ett laddat tillstånd till 41 % laddat tillstånd på 2,5 timmar, säger de.

Den här typen av prestanda väcker dock viktiga frågor, inte minst hur de extra Wi-Fi-sändningarna kan störa datahastigheterna. För att ta reda på det utrustade Talla och co sex hem i ett storstadsområde med dessa enheter och övervakade sedan påverkan på användarna.

Denna påverkan var minimal, säger Talla och co. Fyra av användarna uppfattade ingen skillnad i användarupplevelsen och en användare sa att deras onlineupplevelse faktiskt förbättrades. Talla och co säger att detta berodde på att deras modifierade router ersatte en av särskilt låg kvalitet. Den slutliga användaren rapporterade en liten försämring av hennes YouTube-visningsupplevelse, vilket Talla och co säger troligen berodde på störningar med andra enheter.

Dessa resultat kommer att vara lugnande men bara för vissa användare. Talla och co nämner inget om vilken inverkan deras nya routrar hade på nedladdningshastigheterna för andra routrar i närheten, till exempel de som används av grannar.

Den betydande obesvarade frågan är denna: hur stör dessa routrar andra signaler? Att ha en router bredvid som spränger ut signaler på tre Wi-Fi-kanaler kanske inte är allas uppfattning om grannskap.

Det är dock värt att påpeka att om den här typen av störningar visar sig vara ett problem för nuvarande routrar så är det en som skulle kunna lösas i kommande generationer.

Det är därför det inte borde förringa den extraordinära potentialen hos PoWi-Fi. Möjligheten att leverera ström trådlöst till ett brett utbud av autonoma enheter och sensorer är enormt betydande. Men den verkliga grädden på moset här är möjligheten att göra detta med vanlig teknik som är allmänt tillgänglig över hela den utvecklade världen och utanför. Som sådan kan PoWi-Fi vara den möjliggörande tekniken som äntligen gör sakers internet till liv.

Ref: arxiv.org/abs/1505.06815 : Driv nästa miljard enheter med Wi-Fi

Dölj