Dispositivos sin baterías de comunicación inalámbrica

 

La duración de las baterías y su gran tamaño comparado con el de otros componentes en diversos dispositivos es todo un problema de ingeniería para los fabricantes de microelectrónica, que buscan alternativas cada vez más pequeñas y ligeras.

Se espera que más de 64 billones de dispositivos de la Internet de las Cosas (IoT por las siglas en inglés de Internet of Things) se encuentren desplegados en 2025, y operarán con baterías. Los componentes químicos de estas baterías son una amenaza para la Tierra, con un gran impacto ambiental. Hay una necesidad urgente de encontrar una solución para eliminar las baterías sin afectar al rendimiento de la comunicación y de los servicios IoT.

Un equipo de investigación del Instituto IMDEA (IMDEA Networks) en España ha presentado un dispositivo IoT que comunica sin necesidad de baterías, y captura energía y recibe datos a través de la luz visible.

Este equipo, dirigido por Domenico Giustiniano, ha dado un importante paso adelante para hacer realidad la fabricación de dispositivos de comunicación sin baterías, lo cual se ha conseguido a través de la convergencia de dos tecnologías emergentes: LiFi y retrodispersión por radiofrecuencia (RF). Entre las posibles aplicaciones están los hogares inteligentes, las ciudades inteligentes y la agricultura inteligente.

Los investigadores del IMDEA proponen que los dispositivos IoT operen con la energía provista por diodos emisores de luz (Light Emitting Diodes, LEDs), y cualquier otra fuente de luz, y los datos se envíen modulando estos LEDs, un concepto llamado LiFi, y que los dispositivos IoT envíen de vuelta datos mediante la reflexión y modulación de señales RF presentes en el entorno, una técnica de transmisión de bajo consumo energético llamada retrodispersión por RF.

“Nuestro trabajo abre las puertas a aplicaciones del Internet de las Cosas de largo alcance y sin baterías, aprovechando la infraestructura de iluminación para la comunicación, algo que no era posible lograr antes. Es el resultado de tres años de investigación; cuando empezamos, LiFi y retrodispersión por RF se consideraban tecnologías independientes la una de la otra, y nosotros hemos demostrado que LiFi puede resolver las limitaciones que presenta la retrodispersión por RF, y que LiFi puede ser aplicado a un nuevo campo, la comunicación sin baterías”, señala Giustiniano. El equipo del IMDEA (formado por Domenico Giustiniano, Borja Genovés Guzmán y Muhammad Sarmad Mir) ha contado con la colaboración de Ambuj Varshney (Universidad de Uppsala en Suecia, y próximo profesor adjunto en la Universidad Nacional de Singapur.

«Las células solares se han utilizado ampliamente para captar energía. En este trabajo, damos un paso más y demostramos que pueden utilizarse de forma eficiente y simultánea como fuente de captación de energía y receptor de comunicaciones. Nuestra solución encuentra un equilibrio entre la energía captada requerida por el dispositivo IoT y la tasa de datos deseada, lo que permite que nuestro sistema opere sin baterías”, subraya Borja Genovés, Investigador postdoctoral en IMDEA Networks y uno de los coautores del nuevo estudio, titulado “PassiveLiFi: Rethinking LiFi for Low-Power and Long Range RF Backscatter”.

La investigación, que ha demostrado que los dispositivos IoT limitados en energía pueden transmitir a una larga distancia sin aumentar su consumo energético, se presentará en la prestigiosa conferencia internacional ACM MobiCom 2021. Representando una transferencia de conocimiento tecnológico a la sociedad, con el apoyo de fondos de la Comunidad de Madrid, el Ministerio de Ciencia e Innovación de España y la Unión Europea, esta investigación se ha presentado recientemente al público en encuentros como la Semana de la Ciencia y la Noche Europea de los Investigadores (organizadas en la Comunidad de Madrid por la Fundación para el Conocimiento madri+d). (Fuente: IMDEA Networks)