Batterielose Energie aus Graz soll via Funk übertragen werden
Egal ob smarte Türschlösser, Thermostate oder Beleuchtungssysteme – immer mehr Geräte sind mit dem Internet verbunden. Und es werden immer mehr: 20 Milliarden Internet-of-Things-Geräte (IoT) sind weltweit bereits im Einsatz, bis 2033 sollen es doppelt so viele sein. Weil diese Geräte meistens batteriebetrieben sind, bleibt aber auch eine Menge Altbatterien und Akkus übrig, die man laufend austauschen oder aufladen muss.
An der TU Graz machen sich Forscher gemeinsam mit Kollegen im Ausland auf die Suche nach einer Lösung für das Problem. Im Projekt Ambient-6G arbeiten sie daran, IoT-Geräte via Funk und anderen Übertragungsformen mit Energie aus der Umgebung zu versorgen. Batterien und Akkus könnten dadurch in vielen Fällen überflüssig werden.
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Backscatter-Kommunikation soll Energieverbrauch senken
Geräte wie smarte Überwachungskameras oder Wetterstationen kommunizieren ihre Daten derzeit über eine WLAN-Verbindung, Bluetooth oder den Mobilfunk. Dieser ständige Austausch erfordert eine stete Energieversorgung. Wenn es nach den Forschern der TU Graz geht, soll die dafür erforderliche Energie künftig aber ebenfalls durch die Luft zum Gerät übertragen werden.
„Wir wollen die IoT-Geräte per Funk mit Strom versorgen und dies mit der Backscatter-Kommunikation verbinden“, sagt Klaus Witrisal, Leiter des Instituts für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation der TU Graz. „Dabei reflektieren die IoT-Geräte das Funksignal zentraler Sendeantennen, verändern es minimal und übertragen so ihre Informationen.“
Unter Backscatter-Kommunikation versteht man eine Technik, bei der ein Gerät (meist sehr energieeffizient oder sogar passiv) Daten überträgt, indem es vorhandene elektromagnetische Wellen reflektiert und moduliert (verändert), anstatt selbst aktiv Signale zu senden. Der wesentliche Vorteil dieser passiven Kommunikation ist, dass die Geräte insgesamt weniger Energie brauchen. Deshalb wäre die Energiemenge aus Funkwellen ausreichend für den Betrieb.
Neue Antennensysteme sollen besonders effizient mit den Geräten kommunizieren: „Durch diese sogenannten Antennenarrays gelingt es, die Sendeleistung der einzelnen Antennen sehr niedrig zu halten, sodass eine erhöhte Strahlenbelastung in der Umgebung vermieden wird“, sagt Witrisal.
Elektrische Preisschilder im Supermarkt
Mit solchen batterielosen Geräten könnte man zum Beispiel Preisschilder für Tausende Produkte mit elektronischen Preisschildern ohne Batterien bauen, weil solche einen viel geringeren Wartungsaufwand hätten als jene, bei denen man bei jedem einzelnen die Batterien laufend austauschen muss. Auch sonst soll es ein vielfältiges Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie geben.
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Einige Herausforderungen müssen aber erst noch gelöst werden, bis es endlich batterielose Geräte gibt. Eine ist die Signalverarbeitung: „Bei der Backscatter-Kommunikation haben wir es mit schwachen Signalen zu tun, die wir aber auch über größere Distanzen empfangen möchten“, erklärt Klaus Witrisal. „Dafür müssen wir spezielle Algorithmen für die Signalverarbeitung entwickeln, um aus den verrauschten Signalen brauchbare Informationen herauszuholen.“