Gartner去年公布的新興技術(shù)周期圖顯示，2016年IoT成為最被期待的新興技術(shù)，與之相關(guān)的IOT平臺同樣受到強烈的關(guān)注，未來5到10年 IoT技術(shù)將趨于成熟。到2020年聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的總數(shù)將達到甚至超過500億，物聯(lián)網(wǎng)將把家庭中的很多設(shè)備囊括進來，其中小到智能恒溫器，可穿戴設(shè)備名大到智能電冰箱……
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(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，美國華盛頓大學電子工程學院的學生們?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(快于藍牙，但慢于部分家庭寬帶)向手機或路由器傳送網(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路由器進行升級，讓數(shù)據(jù)傳輸和能源傳輸共存一體，互不干擾?；蛘?，更準確地說，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，華盛頓大學的工程師們也發(fā)現(xiàn)了重復利用現(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。
華盛頓大學計算機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可達到1kbps的通訊速率，設(shè)備之間的距離最長可達20米，真是令人印象深刻。
早在19世紀末20世紀初，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)。華盛頓大學計算機科學工程系副教授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。
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