Investigadores de la Universidad de Washington han demostrado por primera vez que los dispositivos que funcionan con energía casi nula pueden transmitir datos a distancias de hasta 2.8 kilómetros, rompiendo una barrera de larga data y permitiendo potencialmente una amplia gama de dispositivos interconectados.
Por ejemplo, los dispositivos electrónicos flexibles, desde parches para las rodillas que capturan el rango de movimiento en pacientes artríticos hasta parches que usan el sudor para detectar la fatiga en atletas o soldados, son muy prometedores para recopilar datos médicos relevantes.
Pero la electrónica flexible de hoy y otros sensores que no pueden emplear baterías voluminosas y necesitan operar con muy poca energía generalmente no pueden comunicarse con otros dispositivos a más de unos pocos pies o metros de distancia. Esto limita su uso práctico en aplicaciones que van desdemonitoreo médico y detección en el hogar para ciudades inteligentes y agricultura de precisión.
Por el contrario, el sistema de retrodispersión de largo alcance de la UW, que utiliza señales de radio reflejadas para transmitir datos a una potencia extremadamente baja y a bajo costo, logró una cobertura confiable en toda la casa de 4800 pies cuadrados, un área de oficina que cubre 41 habitaciones y unagranja vegetal de acres. El sistema se detalla en un documento que se presentará el 13 de septiembre en UbiComp 2017.
"Hasta ahora, los dispositivos que pueden comunicarse a largas distancias han consumido mucha energía. La compensación en un dispositivo de bajo consumo que consume microvatios de energía es que su rango de comunicación es corto", dijo Shyam Gollakota, profesor principal y asociadoprofesor en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Paul G. Allen. "Ahora hemos demostrado que podemos ofrecer ambos, lo que cambiará bastante las reglas del juego para muchas industrias y aplicaciones diferentes".
El último sistema de retrodispersión de largo alcance del equipo proporciona una comunicación confiable de largo alcance con sensores que consumen 1000 veces menos energía que las tecnologías existentes capaces de transmitir datos a distancias similares. Es un avance importante y necesario para integrar la conectividad en miles de millones de objetos cotidianos.
El sistema de retrodispersión de largo alcance será comercializado por Jeeva Wireless, una empresa derivada fundada por el equipo de científicos informáticos e ingenieros eléctricos de la Universidad de Washington, que espera comenzar a venderlo dentro de seis meses.
Los sensores son tan baratos, con un costo total esperado de 10 a 20 centavos cada uno, que los agricultores que buscan medir la temperatura o la humedad del suelo podrían cubrir un campo completo de manera asequible para determinar cómo plantar semillas o agua de manera eficiente. Otras aplicaciones potencialesvan desde conjuntos de sensores que podrían monitorear la contaminación, el ruido o el tráfico en ciudades "inteligentes" o dispositivos médicos que podrían transmitir de forma inalámbrica información sobre la condición de un paciente cardíaco durante todo el día.
"La gente ha estado hablando de integrar la conectividad en objetos cotidianos como detergente para la ropa, toallas de papel y tazas de café durante años, pero el problema es el costo y el consumo de energía para lograrlo", dijo Vamsi Talla, CTO de Jeeva Wireless, quienfue un investigador postdoctoral de la Escuela Allen y recibió un doctorado en ingeniería eléctrica de la Universidad de Washington. "Este es el primer sistema inalámbrico que puede inyectar conectividad en cualquier dispositivo con un costo mínimo".
El equipo de investigación, por ejemplo, construyó un prototipo de lente de contacto y un parche epidérmico flexible que se adhiere a la piel humana, que utilizó con éxito la retrodispersión de largo alcance para transmitir información a través de un atrio de 3300 pies cuadrados. Eso es órdenes de magnitud más grande queel alcance de 3 pies logrado por diseños anteriores de lentes de contacto inteligentes.
El sistema tiene tres componentes: una fuente que emite una señal de radio, sensores que codifican información en reflejos de esa señal y un receptor de bajo costo que descodifica la información. Cuando el sensor se coloca entre la fuente y el receptor,el sistema puede transmitir datos a distancias de hasta 475 metros. Cuando el sensor se coloca junto a la fuente de señal, el receptor puede decodificar información desde una distancia de hasta 2,8 kilómetros.
La ventaja de usar señales de radio reflejadas o "retrodispersadas" para transmitir información es que un sensor puede funcionar con una potencia extremadamente baja que puede ser proporcionada por baterías impresas flexibles, delgadas y baratas o que puede recolectarse de fuentes ambientales, lo que elimina la necesidad debaterías voluminosas. La desventaja es que es difícil para un receptor distinguir estos reflejos extremadamente débiles de la señal original y otros ruidos.
"Es como tratar de escuchar una conversación que tiene lugar al otro lado de una pared gruesa; es posible que escuche algunas voces débiles pero no pueda distinguir las palabras", dijo Mehrdad Hessar, estudiante de doctorado de la Escuela Allen."Con nuestra nueva tecnología, básicamente podemos decodificar esas palabras incluso cuando la conversación en sí es difícil de escuchar".
Para superar el problema, el equipo de UW introdujo un nuevo tipo de modulación, llamado espectro ensanchado de chirp, en su diseño de retrodispersión. La difusión de las señales reflejadas a través de múltiples frecuencias permitió al equipo alcanzar sensibilidades mucho mayores y decodificar señales retrodispersadas en mayoresdistancias incluso cuando está por debajo del ruido.
"Básicamente comenzamos con una pizarra limpia y dijimos que si lo que realmente necesitamos para habilitar aplicaciones inteligentes es la comunicación de largo alcance, ¿cómo podríamos diseñar el sistema desde cero para lograr ese objetivo?", Dijo Bryce Kellogg, co-fundadora de Jeeva Wireless, que era estudiante de ingeniería eléctrica en la Universidad de Washington.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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