El avance permite la batería

Dec 17, 2023

Imagine que puede abrir su refrigerador, abrir una aplicación en su teléfono y saber inmediatamente qué artículos caducan dentro de unos días. Esta es una de las aplicaciones que permitiría una nueva tecnología desarrollada por ingenieros de la Universidad de California en San Diego.

La tecnología combina un chip integrado en el embalaje del producto y una actualización de software en su teléfono. El teléfono se vuelve capaz de identificar objetos basándose en señales que el chip emite desde frecuencias específicas, en este caso Bluetooth o WiFi. En un entorno industrial, un teléfono inteligente equipado con la actualización de software podría usarse como lector RFID.

El chip personalizado, que tiene aproximadamente el tamaño de un grano de arena y su fabricación cuesta sólo unos pocos centavos, necesita tan poca energía que puede funcionar completamente con señales LTE, una técnica llamada recolección de energía de RF.

El trabajo aprovecha los avances en la comunicación de retrodispersión, que utiliza señales ya generadas por su teléfono inteligente y las redirige a un formato que su teléfono pueda entender. Efectivamente, esta técnica utiliza 1000 menos energía que el estado del arte para generar señales WiFi. Estos avances han permitido una comunicación de muy baja potencia entre componentes del Internet de las Cosas y hardware como transceptores WiFi o Bluetooth, para aplicaciones como sensores corporales. o rastreadores de activos.

El chip personalizado, que tiene aproximadamente el tamaño de un grano de arena y su fabricación cuesta sólo unos pocos centavos, necesita tan poca energía que puede funcionar completamente con señales LTE, una técnica llamada recolección de energía de RF. El chip convierte las transmisiones Bluetooth en señales WiFi, que a su vez pueden ser detectadas por un teléfono inteligente con esa actualización de software específica.

El equipo presentará su trabajo en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido del IEEE en San Francisco el 20 de febrero de 2023.

Actualmente, la modulación de retrodispersión de última generación requiere de dos dispositivos externos: uno para transmitir y otro para recibir y leer las señales. Este documento de conferencia presenta el primer circuito integrado de retrodispersión que puede permitir la comunicación inalámbrica y el funcionamiento sin batería desde un solo dispositivo móvil.

"Este enfoque permite una forma robusta, de bajo costo y escalable de proporcionar energía y permitir comunicaciones de manera similar a RFID, mientras se utilizan teléfonos inteligentes como dispositivos que leen y alimentan las señales", dijo Patrick Mercier, uno de los altos ejecutivos del periódico. autores y profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de California en San Diego.

La promesa más amplia de la tecnología es el desarrollo de dispositivos que no necesiten baterías porque, en su lugar, pueden recolectar energía de señales LTE. Esto, a su vez, conduciría a dispositivos que son significativamente menos costosos y duran más, hasta varias décadas, dijo Dinesh Bharadia, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de UC San Diego y uno de los autores principales del artículo.

"Los desechos electrónicos, especialmente las baterías, son uno de los mayores problemas que enfrenta el planeta, después del cambio climático", dijo Bharadia.

Los investigadores lograron este avance recolectando energía de las señales de teléfonos inteligentes LTE y almacenando esta energía en un capacitor de almacenamiento de energía. Esto, a su vez, activa un receptor que detecta señales de Bluetooth, que luego se modifican en señales WiFi reflejadas.

La actualización de software es simplemente una secuencia de bits que convierte la señal de Bluetooth en algo que se puede convertir más fácilmente en una señal de WiFi.

Además, la mayoría de las comunicaciones inalámbricas de baja potencia requieren protocolos personalizados, pero el dispositivo que desarrollaron los investigadores se basa en protocolos de comunicación comunes: Bluetooth, WiFi y LTE. Esto se debe a que los teléfonos inteligentes están equipados con un transmisor Bluetooth y un receptor WiFi.

El dispositivo tiene un alcance de un metro, aproximadamente una yarda. Agregar una batería aumentaría el alcance de la etiqueta a decenas de metros, pero también aumentaría los costos. La fabricación del dispositivo, que mide media pulgada cuadrada, cuesta sólo unos pocos centavos.

Los próximos pasos incluyen integrar la tecnología en otros proyectos de investigación para demostrar sus capacidades.

El equipo también espera comercializar el dispositivo, ya sea a través de una startup o de un socio de la industria.

El trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias bajo la subvención 1923902 y el Centro de Sensores Portátiles de UC San Diego.

Un chip de retrodispersión de BLE a WiFi que recoge LTE para interrogaciones similares a RFID en un solo dispositivo

Shih-Jai Kuo*, Manideep Dunna*, Hongyu Lu, Akshit Agarwal, Dinesh Bharadia, Patrick Mercier, Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de California en San Diego

*autores coprimarios

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