Prima dimostrazione di una telecamera di sorveglianza alimentata da normali trasmissioni Wi-Fi

Uno degli ostacoli più significativi all'implementazione di sensori, telecamere e comunicatori è la questione del potere. Il compito di installare una telecamera di sicurezza su una parete esterna o un sensore di temperatura in una soffitta si pone immediatamente la questione di come far passare un cavo di alimentazione al dispositivo o di provvedere alla sostituzione regolare delle batterie.

Poi c'è l'Internet delle cose, l'idea che quasi ogni oggetto possa essere dotato di un chip che trasmette dati come la sua posizione, se è pieno o vuoto o se qualche altro parametro come temperatura o pressione è pericolosamente alto o basso.

Ci si aspettano grandi cose dall'Internet delle cose, ma solo se gli ingegneri sono in grado di risolvere un potenziale ostacolo a una domanda: come alimentare queste numerose minuscole macchine.

Oggi riceviamo una risposta grazie al lavoro di Vamsi Talla e dei suoi amici dell'Università di Washington a Seattle. Questi ragazzi hanno sviluppato un modo per trasmettere energia a dispositivi remoti utilizzando una tecnologia esistente che molte persone hanno già nei loro salotti: il normale Wi-Fi. Chiamano il loro nuovo approccio potere su Wi-Fi o PoWi-Fi.

L'idea è semplice nel concetto. Le trasmissioni radio Wi-Fi sono una forma di energia che una semplice antenna può raccogliere. Finora, i ricevitori Wi-Fi sono stati tutti progettati per raccogliere le informazioni trasportate da queste trasmissioni.

Ma Talla e compagni sottolineano che non c'è motivo per cui anche l'energia non dovrebbe essere raccolta. La domanda è quanto si può raccogliere in questo modo. E qui sta la sfida.

L'approccio del team dell'Università di Washington a questo è piacevolmente semplice. Collegano semplicemente un'antenna a un sensore di temperatura, la posizionano vicino a un router Wi-Fi e misurano le tensioni risultanti nel dispositivo e per quanto tempo può funzionare solo su questa fonte di alimentazione remota.

La semplice risposta è che la tensione ai capi del sensore non è mai abbastanza alta da superare la soglia operativa di circa 300 millivolt. Tuttavia, spesso si avvicina.

Ma un esame più attento dei dati rende interessante una lettura. Il problema è che le trasmissioni Wi-Fi non sono continue. I router tendono a trasmettere su un singolo canale a raffica. Ciò fornisce potenza sufficiente per il sensore ma non appena la trasmissione si interrompe, le tensioni diminuiscono. Il risultato è che, in media, il sensore non ha abbastanza succo per funzionare.

Questo ha dato a Talla e ai suoi amici un'idea. Perché non programmare il router per trasmettere il rumore quando non sta trasmettendo informazioni e utilizzare canali Wi-Fi adiacenti per trasportarlo in modo che non interferisca con la velocità dei dati.

Ed è esattamente quello che hanno fatto. Per fare ciò richiedono le parti interne elettroniche di tre router, uno per ciascuno dei canali su cui intendono trasmettere. (Le trasmissioni Wi-Fi possono essere su uno qualsiasi degli 11 canali sovrapposti all'interno di una banda di 72 MHz centrata sulla frequenza di 2,4 GHz. Ciò consente la trasmissione simultanea di tre canali non sovrapposti.)

Talla e compagni utilizzano tre chipset Atheros AR9580, elettronica standard per router Wi-Fi. Tuttavia, programmano questi dispositivi per trasmettere in un modo in grado di fornire alimentazione continua a un sensore di raccolta di energia.

Quindi misurano le tensioni risultanti nel loro sensore di temperatura e determinano per quanto tempo può funzionare a varie distanze dal router modificato.

I risultati sono impressionanti. Si scopre che il sensore di temperatura può funzionare a distanze fino a circa sei metri dal router e aggiungendo una batteria ricaricabile al mix, Talla e co sono stati in grado di aumentarla a circa nove metri.

Ancora più ambiziosamente, hanno anche collegato una telecamera alla loro antenna. Si trattava di un sensore VGA Omnivision a bassa potenza in grado di produrre immagini in bianco e nero da 174 x 144 pixel, che richiede 10,4 milliJoule di energia per immagine.

Per immagazzinare energia, hanno collegato alla telecamera un condensatore a bassa dispersione, che si attiva quando il condensatore viene caricato a 3,1 V e continua a funzionare fino a quando la tensione non scende a 2,4 V. Le immagini sono state archiviate in una memoria ferroelettrica non volatile ad accesso casuale da 64 KB.

Nei test successivi, la fotocamera si è comportata molto bene. La fotocamera senza batteria può funzionare fino a [circa cinque metri] dal router, con un'acquisizione dell'immagine ogni 35 minuti, affermano Talla e co. Aggiungendo una batteria ricaricabile l'hanno aumentata a sette metri. Il router potrebbe anche alimentare la telecamera attraverso un muro di mattoni, dimostrando che sarebbe possibile collegare il dispositivo all'esterno mantenendo l'alimentatore all'interno.

È qualcosa che sarebbe estremamente utile per la sorveglianza, magari collegato a un sensore di movimento per attivare la telecamera quando qualcosa si muove nel suo campo visivo.

Solo per mettersi in mostra, il team ha anche collegato la propria antenna a un fitness tracker Jawbone e l'ha utilizzata per ricaricare la gettoniera che l'ha alimentato. Usando questo, carichiamo un dispositivo Jawbone UP24 nelle vicinanze del router PoWi-Fi da uno stato di carica zero a uno stato di carica del 41% in 2,5 ore, dicono.

Tuttavia, questo tipo di prestazioni solleva importanti interrogativi, non ultimo il modo in cui le trasmissioni Wi-Fi extra potrebbero interferire con la velocità dei dati. Per scoprirlo, Talla e compagni hanno dotato di questi dispositivi sei abitazioni in un'area metropolitana e poi hanno monitorato l'impatto sugli utenti.

Questo impatto è stato minimo, afferma Talla e co. Quattro utenti non hanno percepito alcuna differenza nell'esperienza utente e un utente ha affermato che la propria esperienza online è effettivamente migliorata. Talla e compagni affermano che ciò è dovuto al fatto che il loro router modificato ha sostituito uno di qualità particolarmente bassa. L'utente finale ha segnalato un leggero deterioramento della sua esperienza di visualizzazione su YouTube, che secondo Talla e compagni era probabilmente dovuto a interferenze con altri dispositivi.

Questi risultati saranno rassicuranti ma solo per alcuni utenti. Talla e colleghi non fanno menzione dell'impatto che i loro nuovi router hanno avuto sulle velocità di download di altri router nelle vicinanze, ad esempio quelli utilizzati dai vicini di casa.

La significativa domanda senza risposta è questa: in che modo questi router interferiscono con altri segnali? Avere un router accanto che emette segnali su tre canali Wi-Fi potrebbe non essere un'idea di comportamento del vicinato di tutti.

Vale la pena sottolineare, tuttavia, che se questo tipo di interferenza risulta essere un problema per i router attuali, è un problema che potrebbe essere risolto nelle generazioni future.

Ecco perché non dovrebbe sminuire lo straordinario potenziale del PoWi-Fi. La capacità di fornire energia in modalità wireless a un'ampia gamma di dispositivi e sensori autonomi è estremamente significativa. Ma la vera ciliegina sulla torta qui è la capacità di farlo con la tecnologia ordinaria che è comunemente disponibile in tutto il mondo sviluppato e oltre. In quanto tale, PoWi-Fi potrebbe essere la tecnologia abilitante che finalmente dà vita all'Internet delle cose.

Rif: arxiv.org/abs/1505.06815 : Alimentare il prossimo miliardo di dispositivi con il Wi-Fi

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