Od internetu věcí (všemožných zařízeních napojených na internet) se očekává obrovský rozmach. Napájení miniaturních zařízení je ale stále problém a zdá se, že by to mohla jednoduše vyřešit energie z běžné Wi-Fi, která je rozšířená takřka ve všech domácnostech, podnicích a řadě veřejných míst.
Energie z Wi-Fi a nevyužitých kanálů
Už minulý rok se objevily první zmínky a testování potenciálu, který nabízí signál Wi-Fi s možností využití pro přenos energie. I když se jedná o malé množství energie, elektronika je stále úspornější, takže to rozhodně dává smysl do budoucna.
Inženýři z univerzity ve Washingtonu ale podrobně představili hotový a funkční prototyp systému s označením PoWiFi – Power Over Wi-Fi, který využívá právě tohoto principu. Vyvinutá technologie řeší problémy, jak efektivně přenášet a využít energii i na větší vzdálenosti a také to, aby nedocházelo k rušení stávajícího signálu Wi-Fi.
Jak je dnes běžné, v domácnosti a na dalších místech máme Wi-Fi routery se specifikovaným maximálním výkonem, které dokáží pracovat na několika různých kanálech, které se mírně liší dle země. V rámci spojení s notebookem, tabletem nebo mobilním telefonem se ale vždy používá pouze jeden kanál. Routery mají obvykle automatickou detekci rušení a využívají tak kanál, který je aktuálně volný a ostatní nepoužívá. Samozřejmě to trochu přináší komplikace v zarušených místech jako jsou panelové domy a podobně, ale na dynamickou změnu kanálu jsou přizpůsobené jak routery, tak i zařízení.
Technologie PoWiFi využívá pouze nepoužívané a volné kanály, takže takřka vůbec neruší a tedy nezpomaluje standardní signál Wi-Fi v rámci frekvence 2,4 GHz, který je používán na bezdrátové spojení mezi zařízeními.
Standardní router s upraveným firmwarem
Výhodou technologie PoWiFi je využití běžných routerů, které má každý z nás doma. Není tak potřeba žádný specializovaný hardware nebo antény pro vysílání, je ale nutné firmware routeru upravit tak, aby fungoval právě pro PoWiFi.
K využití PoWiFi lze použít běžný router, jen je potřeba upravit firmware
Pro maximální využití vysílané energie z antény inženýři používají „power“ pakety, které jsou v této verzi prototypu chytře rozdělené a vysílané na třech volných kanálech, které se nepřekrývají. K testování a vývoji technologie inženýři používali routery s čipsetem Atheros (Asus RT-AC68U), který je poměrně rozšířený.
Kamera i teplotní senzor ve vzdálenosti i osmi metrů
Ke sběru energie už je ale potřeba speciální hardware a anténa, což musí být součástí případného zařízení. Inženýři vytvořili dvě taková zařízení – jednoduchou kameru a teplotní senzor. Obojí bylo připojené k anténě přizpůsobené pro snímání zmíněných power packetů v rámci několika proměnných kanálů současně.
Ukázky různých zařízení, která využívala napájení přes Wi-Fi
Zařízení byla bez baterie nebo i ve verzi s miniaturní integrovanou baterií (například 1 mAh, 3 V), která se přes zmíněné power pakety postupně nabila k tomu, aby na potřebnou dobu oživila danou elekroniku a senzor. V této fázi tak není možné neustále napájet ani senzory typu jednoduché kamery nebo teplotního senzoru. Na vzdálenost 60 cm bylo dosaženo 100 mikrowattů, ve vzdálenosti tří metrů už pak pouze 10 mikrowattů. Pokud jde o nějaké srovnání, podobnou energii by byla schopná dodávat baterie v chytrých hodinkách i po dobu několika let. V reálném testováním s miniaturní kamerou bylo vyzkoušena i vzdálenost pěti metrů, přičemž v takovém případě trvalo nabití miniaturní baterie a vytvoření jednoho snímku přes půl hodiny. Při vzdálenost osmi metrů to už bylo 2,6 hodiny.
Doba nabíjení se značně liší se vzdáleností, podobně jako je to u rychlosti
Rozhodně tak nelze počítat s tím, že pomocí Wi-Fi budeme v nejbližší době napájet tablety a podobně, ale minimálně z počátku může jít o ty nejmenší senzory a nejúspornější elektroniku a postupně se možná dočkáme stále pokročilejších systémů, které si s takovou energií vystačí. Nesmíme totiž zapomínat, že spotřeba se u elektroniky velmi rychle snižuje díky Moorovu zákonu, takže je to jen otázka času.
Otestováno v reálných podmínkách
Hlavní předností PoWiFi je i to, že inženýři vše otestovali i v reálných podmínkách běžných bytů, kde v rámci kombinace routeru s upraveným firmwarem a zmíněných senzorů sledovali, jaké bude reálné chování PoWiFi při běžném používání internetu a okolních sítí Wi-Fi.
Po 24hodinovém testování a analýze nasbíraných dat zjistili, že rychlost používané Wi-Fi je ovlivněna jen minimálně a vzhledem k tomu, že počítali i s okolním rušením jiných sítí Wi-Fi, nebyly problémy ani v oblasti více routerů zároveň.
Prototyp USB přijímače s 2 dBi anténou pro využití PoWiFI, se kterým došlo k nabití chytrého náramku
Vytvořili také speciální USB konektor s přijímací anténou, do kterého zapojili chytrý sportovní náramek Jawbone UP24 a umístili vše velmi blízko k routeru na vzdálenost 5 až 7 cm. V takovém případě byla baterie v chytrém náramku nabitá na 41 % za přibližně 2,5 hodiny. To už není tak špatné použití, byť to vyžaduje použití routeru jako místa, kam by se třeba taková zařízení odkládala. Sice jsou pro takové případy vytvořené už efektivnější systémy bezdrátového napájení, ty ale vyžadují ještě větší blízkost a jde také o specializované podložky a hardware, který se musí koupit. S PoWiFi stačí blízkost klasického routeru.
Vzhledem k tomu, že má router doma asi každý z nás, lze si takové použití coby místa, na které by se umísťovala třeba nositelná elektronika, docela dobře představit. Router by tak zároveň sloužil jako bezdrátová nabíječka pro podporovaný hardware, byť zatím se značným omezením z pohledu výkonu.
Podrobné informace o technologii PoWiFi najdete v oficiálním finálním materiálu (PDF) a tvůrci budou o technologii prezentovat v prosinci na konferenci CoNEXT. PoWiFi rovněž získalo ocenění od Popular Science za revoluční technologii tohoto roku.
