Meer draagbaar, volledig draadloze smart home setups. Wearables met een lager vermogen. Batterijloze slimme apparaten. Deze kunnen allemaal mogelijk worden gemaakt dankzij een nieuwe ultra-low power Wi-Fi-radio, ontwikkeld door elektrotechnici van de University of California San Diego.

Het apparaat, die is gehuisvest in een chip kleiner dan een rijstkorrel, stelt Internet of Things (IoT)-apparaten in staat om te communiceren met bestaande Wi-Fi-netwerken met behulp van 5, 000 keer minder stroom dan de huidige wifi-radio's. Hij verbruikt slechts 28 microwatt aan stroom. En het doet dit terwijl het gegevens verzendt met een snelheid van 2 megabits per seconde (een verbinding die snel genoeg is om muziek en de meeste YouTube-video's te streamen) over een bereik van maximaal 21 meter.

Het team zal hun werk presenteren op de ISSCC 2020-conferentie van 16 tot 20 februari in San Francisco.

"U kunt uw telefoon aansluiten, uw slimme apparaten, zelfs kleine camera's of verschillende sensoren op deze chip, en het kan rechtstreeks gegevens van deze apparaten naar een Wi-Fi-toegangspunt bij u in de buurt sturen. U hoeft niets anders te kopen. En het kan jaren meegaan op een enkele knoopcelbatterij, " zei Dinesh Bharadia, een professor in elektrische en computertechniek aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Commerciële wifi-radio's verbruiken doorgaans honderden milliwatt om IoT-apparaten te verbinden met wifi-transceivers. Als resultaat, Wi-Fi-compatibele apparaten hebben ofwel grote batterijen, regelmatig opladen of andere externe stroombronnen gebruiken.

"Deze wifi-radio heeft een laag vermogen dat we nu kunnen gaan nadenken over nieuwe toepassingsruimten waar je geen IoT-apparaten meer in de muur hoeft te steken. Dit zou kunnen leiden tot kleinere, volledig draadloze IoT-opstellingen, " zei Patrick Mercier, professor elektrotechniek en computertechniek aan de UC San Diego, die samen met Bharadia het werk leidde.

Denk aan een draagbaar Google Home-apparaat dat u overal in huis mee kunt nemen en dat jaren meegaat in plaats van slechts enkele uren als u de stekker uit het stopcontact haalt.

"Het zou je ook in staat kunnen stellen om apparaten aan te sluiten die momenteel niet verbonden zijn - dingen die niet kunnen voldoen aan de stroomvereisten van de huidige wifi-radio's, zoals een rookmelder - en geen enorme last hebben bij het vervangen van de batterij, ' zei Mercier.

De Wi-Fi-radio werkt op extreem laag vermogen door gegevens te verzenden via een techniek die backscattering wordt genoemd. Het neemt inkomende Wi-Fi-signalen van een apparaat in de buurt (zoals een smartphone) of Wi-Fi-toegangspunt, wijzigt de signalen en codeert er zijn eigen gegevens op, en reflecteert vervolgens de nieuwe signalen op een ander Wi-Fi-kanaal naar een ander apparaat of toegangspunt.

Dit werk bouwt voort op low-power Wi-Fi-radiotechnologie die Bharadia heeft helpen ontwikkelen als een Ph.D. student aan Stanford. In dit project, hij werkte samen met Mercier om een ​​nog energiezuinigere wifi-radio te ontwikkelen. Ze bereikten dit door een component in te bouwen die een wake-up-ontvanger wordt genoemd. Dit "wekt" de Wi-Fi-radio alleen wanneer deze moet communiceren met Wi-Fi-signalen, zodat het de rest van de tijd in de energiezuinige slaapstand kan blijven, waarbij het slechts 3 microwatt stroom verbruikt.

De verbeteringen van het UC San Diego-team aan de technologie bevatten ook een aangepast geïntegreerd circuit voor terugverstrooiing van gegevens, waardoor het hele systeem kleiner en efficiënter wordt, en stelt hun Wi-Fi-radio dus in staat om over een groter communicatiebereik (21 meter) te werken. Dit is een praktische afstand voor het werken in een slimme thuisomgeving, aldus de onderzoekers.

"Hier, demonstreren we het eerste pragmatische chipontwerp dat daadwerkelijk kan worden ingezet in een kleine, apparaat met laag vermogen, ' zei Mercier.

Het artikel is getiteld "Een 28µW IoT-tag die kan communiceren met Commodity WiFi-transceivers via een enkelzijdige QPSK-backscatter-communicatietechniek."