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(tái)同樣受到強(qiáng)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(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，可穿戴設(shè)備名大到智能電冰箱……
而電池有時(shí)候是移動(dòng)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(huì)成為物聯(lián)網(wǎng)(IOT)的最大弱點(diǎn)。為此美國(guó)華盛頓大學(xué)(University of Washington)研究人員想到了一個(gè)好主意：由從現(xiàn)有的廣播、電視以及其他無線信號(hào)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(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)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(diǎn)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(píng)論》(MIT Technology Review)提名為“2016十大科技突破”，并且已實(shí)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(xiàng)技術(shù)名為“Passive Wi-Fi”(被動(dòng)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(hào);而這項(xiàng)技術(shù)不同，它會(huì)選擇性地反射無線電波，還能從電波中“吸取”供電能量。
該項(xiàng)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(hào)，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(gè)簡(jiǎn)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(fèi)在該過程中，而傳感器幾乎不耗費(fèi)電量。
接下來，傳感器會(huì)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(xiàng)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(hào)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(gè)部分構(gòu)成，一個(gè)是接收器(路由器)，以及一個(gè)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(xiàng)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(gè)解決方案，利用軟體修正的方式，讓路由器成為一個(gè)給力的電源，同時(shí)，也能扮演好傳統(tǒng)路由器的角色。”換句話說，你僅僅需要對(duì)傳統(tǒng)的Wi-Fi路由器進(jìn)行升級(jí)，讓數(shù)據(jù)傳輸和能源傳輸共存一體，互不干擾。或者，更準(zhǔn)確地說，這項(xiàng)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(hào)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(hào)稱是第一個(gè)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(hào)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(hào)，將數(shù)據(jù)編碼;現(xiàn)有的設(shè)備與傳感器能偵測(cè)到由那些反射所產(chǎn)生的Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度變化。而因?yàn)閃i-Fi Backscatter只是反射、并非產(chǎn)生無線信號(hào)，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(xué)計(jì)算機(jī)工程電子工程副教授Joshua Smith表示：“你可能會(huì)想，一個(gè)低功率設(shè)備怎么可能造成無線信號(hào)的微小變化?但如果你仔細(xì)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)環(huán)境中所有Wi-Fi信號(hào)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(zhǎng)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(jì)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(tái)、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(jí)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(shì)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(fèi)者布署新技術(shù)的門坎。
