JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
tisdag 25 juni 2019 VECKA 26

Trådlösa sensorer som talar alla protokoll och har cpu, lång räckvidd och hög bandbredd – men inte behöver batterier. Wiliot och Jeeva är företag i startgroparna med nästa generations backscatter och i Uppsala finns ledande forskning.

Backscatter – att modulera och reflektera infallande radiostrålning för att skicka information på nästan ingen energi alls – uppfanns 1948. Det kan jämföras med att signalera med solljus i en fickspegel – energin är gratis och det enda du gör är att modulera den.

Backscatter används i rfid-etiketter, som dock bara  klarar av att upprepa sitt serienummer när de blir lästa av en scanner.

Frågan är om nya spännande möjligheter skulle öppnas om taggen hade lite fler hjärnceller, men fortsatte att vara batterifri och kostade kring en dollar? Och kunde prata direkt med telefoner utan dyr scanner?

Det hoppas i alla fall Wiliot, Jeeva och dess investerare.

Wiliot har en batterilös Bluetooth-beacon

Som rfid på steroider – så kan du tänka på det som just nu utvecklas i labbet på ett israeliskt företag. Nya idéer kring backscatter och energiskördning ger den gamla rfid-etiketten nya begåvningar.

Wiliot har utvecklat en batterifri Bluetooth-beacon. Idén åker snålskjuts på två väletablerade komponenter: infrastruktur för Bluetooth och billig volymtillverkningsteknik för rfid.

I och med länkarna till båda dessa industrier ser sig Wiliot inte som en konkurrent till dem utan tvärtom som en partner.

Batterifri Bluetooth förekom som Kickstarterbluff år 2014, för den som minns, men Wiliot är på riktigt.

Här är ett användningsfall. Med en prislapp på en dollar kan en godtycklig slutprodukt  utrustas med förmågan att kommunicera på lagerhyllan och sedan på butikshyllan, med kundernas och personalens mobiltelefoner.

Därefter kan taggen berätta för butiken att den blivit upplockad. När den är betald kan den berätta för butiken att inventariet minskat. För ägaren kan den senare berätta att förbrukningsdatum gått ut eller att den känner sig tom och behöver påfyllning. På återvinningsanläggningen i slutet av dess jordevandring, kan den berätta var den ska läggas.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

En tillämpning som Wiliot återkommer till är klädesplagg som varnar när de är på väg att tvättas med fel färger – så kanske blir smarta kläder en av de första tillämpningarna?

För att kunna fungera som en Bluetooth LE-beacon har taggen en generell cpu, närmare bestämt en Cortex M0+ vilket är den enklaste cpu som Arm licenserar.

Den har dessutom en ännu enklare cpu vars jobb det huvudsakligen är att sparka på M0:an när det ackumulerats tillräckligt med radioenergi för att den ska orka trampa sig igenom några klockcykler och generera några nya Bluetooth-datapaket, krypterade och signerade.

Att kretsen arbetar i stötar på detta sätt är en av de lösningar som gör Wiliots teknik möjlig. För det finns väldigt lite energi att tugga på i Bluetoothfrekvenserna. På samma yta skulle man kunna samla tusen gånger mer energi i en solcell i inomhusljus.

Wiliot bygger sin lösning på ett egentillverkat chip, som finns i sin femte prototyp idag. Slutprodukten blir papperstunn och har en storlek som en kölapp på apoteket, med antenn, chip, temp- och trycksensor.

Det kornstora chipet har sensorgränssnitt, cpu, backscattersändare, strömstyrning och en kondensator som lagrar energi från skördade radiovågor.

Strömstyrningen drar några nanowatt och är alltid vaken för att monitorera laddningen och för att purra cpu och radio när det finns energi tillgänglig för olika jobb.

–Beräkningarna görs i vågor – när energin finns så gör den saker. Sedan gör den halt, skördar lite till, och vaknar för att göra en ny operation, om och om igen, berättar teknikchefen Nir Shapira.

Företaget har ett eget moln som dels raffinerar de rådata som taggens enkla sensorer levererar, dels hanterar kryptering och autentisering, och dels hanterar tjänster som taggarna används till, som lagerhållning.

För att veta att en pillerburk är tom behöver du bolla med statistik från flera sensoravläsningar, och den energisvaga taggen vill förstås delegera så mycket beräkningar den kan till molnet.

Wiliot diskuterar med potentiella kunder inom smarta förpackningar, smarta kläder, lagerhantering i butik och trådlösa temperatursensorer.

Amazon, Qualcomm och Samsung finns bland de investerare som hittills placerat 50 miljoner dollar i företaget. Rfid-marknaden var som referens värd 11 miljarder dollar i fjol.

Företaget fyllde två år i januari. Det första Bluetoothmeddelandet från en prototyp skickades i fjol och strax därefter en avläsning från viktsensorn. Funktionerna demonstrerades i januari på en mässa i New York.

Högst på agendan står nu att trimma sensorerna liksom algoritmerna i molnet. Datakommunikationen ska GDPR-säkras och skyddas mot integritetsattacker som replay – återuppspelning av inspelad trafik.

De första pilotförsöken ska kunna inledas i år. Företaget ska därefter försöka utöka räckvidden, idag tre meter, genom att försöka skörda från ännu fler frekvensband.

Jeeva: Inga batterier i smarta hemmets radio

Jeeva Wireless i Seattle vill plocka batterierna ur Bluetooth, Zigbee och wifi.

Backscatter brukade handla om låg bandbredd. Men en forskargrupp på Washingtonuniversitet demonstrerade i fjol teknik som kan sända 1080p-video med 30 bilder per sekund drygt två meter. Kameran drar en halv milliwatt, vilket forskarna kan skörda ur radiovågor.

En tillämpning vore superlätta kameror som fästs vid glasögonen och sänder till mobilen i bröstfickan.

Eller trådlösa kameror som du tejpar upp på väggarna i ditt smarta hem.

Det sistnämnda är en ren gissning, men den passar med det faktum att det smarta hemmet är det första nischområde som Jeeva Wireless – forskarnas kommersiella företag – har valt att satsa på.

Forskarna har demonstrerat en batterifri mobiltelefon.

Företaget har fått sammanlagt 4,2 miljoner kronor i finansiering och ligger i Washingtonuniversitetets hemstad Seattle. Tråd- och batterilös 1080p-video är bara den senaste i en lång rad innovationer som forskarna stoppat in i sitt företag sedan det grundades 2015.

Någonstans i hemmet behövs basstationer som blåser den bärvåg som backscatterradiorna surfar på.

Men därefter kan alla hemmets trådlösa noder kasta batteriet, oavsett om de talar Zigbee, Bluetooth LE eller wifi, som är de hemmaprotokoll företaget nämnt hittills.

Allt är fullt bakåtkompatibelt med nämnda protokoll. Planen är att samarbeta med företag som säljer trådlöst för smarta hem och övertala dem att plocka ur batterierna. Det skulle göra noderna klart billigare, men förmodligen skulle de även bli fler när varje blomkruka kan får en Zigbeefuktsensor för en krona.

Utanför det smarta hemmet har Jeeva-forskarna bland annat demonstrerat batterilös Lora via backscatter och chirp spread spectrum (CSS) med en räckvidd på 2,8 kilometer.

Backscatter brukade handla om korta avstånd, men redan 2015 presenterade Jeeva-forskarna backscatterradio som kunde täcka ett medelstort kontor eller ett hektar plantering utomhus.

Det betyder att Jeeva i en framtida tillämpning kanske vill fästa en trådlös batterifri sensor på armen på en patient på sjukhuset. Eller sprida ut sensorer som bevakar temperatur och fukt i ett växthus. Allt med prislappar på några kronor styck.

Uppsala har ledande forskning

En forskargrupp på Uppsala universitet har arbetat lika länge som den Washingtongrupp som grundade Jeeva (ovan) och har presenterat liknande resultat – och här och där till och med lite bättre.
Ambuj Varshney

– Backscatter är helt klart ett område som utvecklas, med färska forskningsresultat, men det är fortfarande i en tidig fas, säger Ambuj Varshney, en av de drivande inom backscatterteknik i

Uppsalagruppen Networked Objects som leds av Thiemo Voigt.

Ambuj Varshney tror att vi kommer att få se tekniken dyka upp på marknaden om ett par år.

Och egen kommersialisering? Jo, gruppen har börjat nosa så smått på det genom att undersöka möjligheterna till patentering. Men fortfarande är det forskningen som är det främsta intresset.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

Ett demonstrator som Uppsalagruppen fått uppmärksamhet för är en batterifri handgestsensor som använder en kreditkortsstor solcell som kombinerad sensor och strömkälla, och kommunicerar över backscatterradio. Systemet har en total strömförbrukning på 20 mikrowatt.

– Vi skulle kunna driva hela systemet på en betydligt mindre solcell i dagsljus, säger Ambuj Varshney

MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)