Egentligen är det inte så konstigt. Alla har väl skickat trådlösa signaler någon gång utan vare sig stickkontakt eller batterier. Det är bara att hålla upp en spegel och göra solkatter.
Riktigt så enkel är inte tekniken ”ambient backscatter”, vilket kan översättas med ”omspridning av befintlig signal”. Det är en teknik som har utvecklats av Vincent Liu och hans kollegor på University of Washington i USA.
Poängen är att små kort och andra enheter kan få möjlighet att ta emot och sända trådlösa signaler utan tillförsel av ström. Det vill säga utan batterier och utan anslutning till elnätet. De tar den ström de behöver från luften genom att omvandla radiovågornas energi till elektricitet. Och radiovågor är ju, precis som ljuset som reflekteras av speglar, en form av elektromagnetisk strålning. Det är bara frekvenserna som skiljer.
Det påminner om den teknik som används i rfid-chipp och i närkontaktkretsar som nfc. Skillnaden är att rfid-chipp och nfc-chipp får sin energi från läsaren. Med ambient backscatter kan två enheter utbyta information utan att någon av dem har en strömkälla.
Fördelen är förstås att elektronisk utrustning för enklare funktioner, som sensorer, kan monteras på svåråtkomliga platser och sedan lämnas åt sitt öde. De kan fungera i åratal utan tillsyn. Att det handlar om ”enklare” funktioner beror på att både räckvidden och bandbredden är begränsad.
Prototypen som forskarna – faktiskt bara doktorander – på Washingtonuniversitetet demonstrerade fungerade på ungefär en halv meters håll och överförde 1 kbit/s. Så det är inget för den som brukar ladda ner långfilmer från nätet, men när det gäller det som kallas för ”sakernas internet” och för så kallade intelligenta sensornät kan det bli en ny komponent i pusslet.
Där kommer radiovågornas frekvens in. Till skillnad från synligt ljus kan radiovågor nämligen passera genom väggar och murar. Det innebär att en krets för ambient backscatter kan muras in i en vägg för att känna av vibrationer, temperatur och annat. Den kan gömmas bakom en tapet. Den kan ta emot och sända signaler ändå.
Strömbrytare och termostater kan kopplas loss från elnätet. Det kan till och med vara möjligt att operera in sensorer med ambient backscatter i kroppen för att hålla koll på implantat.
Tekniskt är det som sagt lite krångligare än att reflektera ljus med en spegel. Här handlar det om att sända en radiosignal som måste moduleras. Det är ungefär som att vicka på spegeln i snabb takt så att man kan morse-telegrafera. Vickandet kräver energi.
En del av energin från de radiosignaler som finns överallt omvandlas till elektrisk ström. Liknande teknik används redan i rfid och nfc, som tidigare nämnts. Men, skriver forskarna, här handlar det om mycket svagare signaler som dessutom måste omvandlas till elektrisk energi utan att det förbrukas någon annan energi.
Lösningen påminner om en värmepump. Radiovågorna i omgivningen innehåller mycket information, medan kretsen för ambient backscatter sänder ut lite information och har kort räckvidd. Så länge som antennen som sänder förbrukar mindre energi än antennen som tar emot kan man i princip utvinna energi ur mellanskillnaden.
Det behövs inte så mycket. Rymdsonden Voyager, som är på väg ut ur solsystemet, har en sändare på 23 watt som skickar information tillbaka till jorden – men när signalen har gått 20 miljarder kilometer och når jorden är det bara en tusendels biljondels watt kvar. Det räcker för att uppfånga signalen. Så lite energi omvandlas till energi och driver en styrenhet som sänder en modulerad radiosignal på en bestämd frekvens.
Forskarnas tekniska prototyp ser ut som ett kreditkort med antenn. Den kan sända och ta emot signaler. Den utvinner energi ur vågor för tv-sändningar. Energi räcker för att, förutom radiosändaren, driva en liten lysdiod. Antennen är i största laget för att man ska kunna ha kortet i plånboken, men det går att lösa.
Två applikationer har demonstrerats. Den ena är ett kombinerat busskort och system för närbetalningar. Det påminner alltså om vanliga användningar av nfc. Det andra är ett system som visar ifall en vara i en butik står på fel hylla. För det ändamålet används annars rfid.
Forskarna hoppas att tekniken i framtiden ska leda till tillämpningar som tidigare inte har varit möjliga.
- ”Ambient backscatter” innebär att man uppfångar befintliga radiosignaler, omvandlar en del till energi och använder energin till att omforma resten av den uppfångade radiosignalen till en ny signal. Det innebär att man kan sända, och ta emot, radiosignaler utan någon annan strömkälla.
- Tekniken har demonstrerats av doktorander på University of Washington. Räckvidden är begränsad till runt en halv meter och bandbredden är liten: cirka 1 kbit/s.
- Det räcker för att tekniken ska kunna användas som alternativ till rfid och nfc. Alltså för enkel signalering och mindre transaktioner.
