Elemet nem igénylő rádiócsip a „dolgok internetjéhez”?

A „dolgok internetje” (Internet of Things – IoT) – a jelenkor legtöbbet emlegetett trendjeinek egyike – jó eséllyel pályázik arra, hogy a közeljövő megatrendjei közé soroljuk. Elterjedése előtt a műszaki lehetőséget az IPv4 címtartományának kimerülése, és az azt követő IPv6 – most talán végre valóban elég „bőven méretezett” – címtartománya nyitotta meg, amit a vezetékmentes, felügyelet nélkül működő „dolgok” máris elkezdték birtokba venni.

Ha a Föld teljes felszínét IoT-eszközökket borítanánk be, akkor is csillagászati számú, egyedileg megcímezhető eszközt helyezhetnénk minden négyzetcentiméterre. Természetes, hogy ezt a gyakorlat még csak meg sem közelítheti (valahol nekünk is laknunk kell), de még egy reálisan becsülhető elterjedtségnél is azonnal belátható, hogy a várhatóan alkalmazásra kerülő IoT-eszközök túlnyomó többsége semmiféle vezetékes módszerrel nem kapcsolható össze. A rádiós módszereknél viszont számos problémát vet fel a „végkészülékek” energiaellátása, amely vezetékes technológiával – azonos okból – megoldhatatlan. A kis fogyasztású elektronika elemes táplálása is szükségmegoldás, mivel, ha ritkán is, de mindenképpen időszakos karbantartást (elemcserét) igényel, ami az IoT terjedésével ugyancsak igen könnyen duzzadhat kezelhetetlenül nagy problémává. A megoldást a környezetünkben mindenütt jelen levő „hulladékenergia” morzsáinak felcsipegetése jelentheti: a hőmérséklet-különbségek, a napfény, az elektroszmog, a vibráció és más – eddig figyelemre sem méltatott – „hulladékenergia-források” megcsapolására számos ötlet született. A megbízható, mindenütt egyformán használható megoldás azonban még várat magára.

Ezt az állítást látszik most kétségbe vonni az a hír, amelyről az www.eetasia.com szakmai portál tudósít. Egy – a Stanford és a Kaliforniai Egyetem kutatóiból álló mérnökcsoport kidolgozott egy – a szó szoros értelmében „hangyányi” – rádiócsipet, amely nem igényel elemes táplálást, hanem a jelhordozó elektromágneses hullámból, a vevőantennáján keresztül fedezi a működéséhez szükséges energiát. A fejlesztőcsapat szerint ez a vezetékmentes csip lehet az IoT-n át kapcsolódó szenzorok vagy vezérlők magva, amelyek eszerint külön energiaellátó segédeszközök nélkül képesek utasításokat feldolgozni, végrehajtani, vagy a hálózat távolabbi részei felé közvetíteni, vagy adatokat továbbítani. Ráadásul a „filléres” előállítási ár miatt gazdasági értelemben is alkalmasnak vélik arra, hogy az egyre szaporodó „okos kütyüket” az Internetre csatlakoztassa. Az eszközt a Hawaii-n rendezett VLSI-technológiai és -áramköri szimpóziumon mutatták be a közelmúltban, ahol a fejlesztők egyike, Amin Arbabian az eszközök közötti kapcsolódások és a vezetékmentes kapcsolatok számának exponenciális növekedését jelezte előre. Nézete szerint az infrastruktúra java része – az Internet maga, valamint a számítógépek és okostelefonok óriási tömege – már rendelkezésre áll; ami eddig hiányzott, az a vezetékmentesen kommunikáló helyi vezérlő, amely elegendően olcsó ahhoz, hogy mindenütt használhassák, és mivel egyedül csak a vezetékmentes infrastruktúrától függ, bárhol használható is. Ezzel akár minden egyes világítótest is kétirányú, vezetékmentes vezérlés alá vonható. Az árat azért tekintik elsődleges kulcskérdésnek, mert eszközök billióira terjeszthető ki a technológia.

A fejlesztés három évet vett igénybe, amely során szinte az egész vezetékmentes technológiát az alapjaitól „újragondolták” – mondta erről Arbabian. Korábban, ha a tervezők a rádiók méretcsökkentését tűzték ki célul, az alkatrészek méretének csökkentésében keresték a megoldást. Arbabian újszerű megközelítésről számolt be, amely nemcsak a „hangyaméretű” integrált áramkört eredményezett, hanem olyan alacsony energiafogyasztást is, amellyel az új rádiócsip egyetlen AAA-méretű elemmel akár egy évszázadig is működhetne – ha egyáltalán szüksége lenne rá. A továbbfejlesztett elektronikus alapáramkör részeként sikerült olyan antennát is kidolgozni, amelynek mérete egy szokásos WiFi-antennáénak egytizede, és akár 24 GHz-en is működtethető. Arbabian azzal fejezte be beszámolóját, hogy sikerült minden funkciót egyetlen csipre integrálniuk: a vevőantennát, amely a beérkező elektromágneses hullámokból nyeri a működtető energiát, az adóantennát, amely rövid hatótávolságon belül részt vehet a kétirányú rádiókommunikációban, valamint egy processzort az utasítások értelmezéséhez és végrehajtásához. Mindezt külső alkatrészek és energiaforrás nélkül.

Az elkészült tervek alapján az STMicroelectronics 100 prototípuspéldányt már el is készített. Arbabian ezek felhasználásával szemléltette a koncepció működőképességét. Olyan hálózatot kívánnak felépíteni – például egy háztartásban –, amelyben ezek a rádiócsipek méternyi vagy annál is kisebb távolságra helyezkednek el,. Ennél nagyobb rasztertávolságot a gyakorlatban is használható magas üzemi frekvenciájú jelek rövid hatótávolsága miatt nem lehet megvalósítani. Ez a megoldás – véli Arbabian – az „okos” háztartási készülékek tömege és a teljes Internet között képes megteremteni a kapcsolatot.

Eddig a beszámoló. A bemutatott eredmény kétségkívül számos újszerű alkalmazás alapja lehet, azonban az ötlet számos szkeptikus kérdést is felvet. Az elemet vagy vezetékes energiaellátást nem igénylő megoldásokra leginkább olyan területeken látszik igény, ahol az eszköz valóban a „terepre” kihelyezett, „helyezd el és felejtsd el” típusú végkészülék vezérlő- és kommunikációs funkcióit látja el. Ez esetben azonban az elektromágneses térből kinyert, nyilvánvalóan nagyon szűkös energiaellátásnak nemcsak a csipet, de – például – a szenzort is ki kell szolgálnia. Elgondolkoztató továbbá, hogy egy hálózat, amely kizárólag – vagy nagyrészt – ilyen „minimalista energiaellátású” csipekből áll, és a hálózat számos tagja a rövid hatótávolság miatt maga is csak önmagához hasonló más tagokat „lát”, képes-e a sokszorta „újraelosztott” elekromágneses energiából elegendő energiát kinyerni önmaga és az általa vezérelt eszköz (például szenzor) számára úgy, hogy a „maradékból” még a szomszédainak is juttathasson. Engedjük szabadjára a fantáziánkat, és az apró eszközzel bánjunk úgy, mint holmi „vetőmaggal”, amit megfelelő sűrűségben „elszórunk” a „behálózni” kívánt területen annak érdekében, hogy ott internethozzáférést teremtsünk a valóban funkcionális, nem csak hálózatkiterjesztésre szolgáló IoT-eszközök számára. Ez esetben belátható, hogy az egész hálózat csak az „aktív”, külső energiaforrásból táplálkozó hálózati csomópontok kisugárzott energiáján osztozik, amelynek „szétfolyása” (az egyes eszközökben történő, nyilván nem veszteségmentes RF→DC→RF-átalakításról nem is beszélve) mégis csak véges hatótávolságot eredményez. Ha viszont a kérdéses IoT-eszköz a szó „hétköznapibb” értelmében „készülékszerű”, nyilvánvaló, hogy a fő funkciójához amúgy is szükséges tápenergiából könnyen fedezhető egy valóban használható hatótávolságú, vezetékmentes kommunikációs csomópont energiaszükséglete is. Ilyen környezetben a most bejelentett technológia – ha csodákat nem várunk tőle – legfeljebb kiegészítő megoldásként, egy kevert (aktív és passzív energiaellátású csomópontokat is tartalmazó) hálózatban lehet jól használható. Ez esetben viszont a szerzők által „billiósra” becsült példányszámoknak reálisan csupán a töredékére számíthatunk – bár az sem lenne kis üzlet.

A helyzet azonban sokkal kedvezőbb is lehet, ha a csip nem „válogat”, és nemcsak a saját üzemi frekvenciáján érkező hordozóhullámot, hanem a „kultúrkörnyezetben” mindenütt jelen levő – igaz, nehezebben kalkulálható – széles spektrumú elektromágneses „hulladékenergiát” is „hajlandó” tápenergiává átalakítani. Erről azonban az idézett közlemény nem ad tájékoztatást. Kíváncsian várjuk tehát a kétségkívül érdekes ötlet további sorsát. Egy dologban azonban biztosan lehetünk: akár ezzel a megoldással, akár enélkül, de hozzá kell szoknunk, hogy a „dolgok internetjét” egyre inkább a hétköznapi technológiák egyikének tekintsük.

Szerző: Tóth Ferenc

Vitarovatunk, a Pro&Kontra rovat bárkinek a rendelkezésére áll, aki nevének és elérhetőségének feltüntetésével a szakmát érintő bármely közérdekű kérdésben tárgyszerű, releváns véleményét kívánja kifejteni. A szerkesztőség azonban fenntartja magának a jogot, hogy bármilyen értelemben jogsértő, újdonságot nem tartalmazó, a lap vállalt szakmai céljaival és etikai normáival összhangban nem álló, vagy nem megfelelő nyelvi színvonalú írások közlését megtagadja, vagy – a szerző hozzájárulásával – rövidítve, az idegen nyelvű véleményt magyar nyelvre fordítva közölje. – A szerk.