Что пророчит нам технология 6G: люди как источники питания

Наука

В то время как вы, возможно, только начинаете пользоваться преимуществами беспроводной технологии 5G, исследователи по всему миру уже усердно работают над будущим: 6G. 

Одним из самых многообещающих достижений в области телекоммуникаций 6G является возможность передачи информации с использованием видимого света (VLC), которая похожа на беспроводную версию волоконно-оптической сети, использующей вспышки света для передачи информации.

Новые источники энергии 

Команда исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте объявила, что они изобрели недорогой инновационный способ сбора отработанной энергии из VLC, используя человеческое тело в качестве антенны. Эта отработанная энергия может быть переработана для питания множества носимых устройств или даже, возможно, более крупной электроники.

sensys22

Связь в видимом свете (VLC) широко считается многообещающей технологией для будущих сетей 6G. Недавние исследования показывают, что VLC-передатчик не только излучает сигналы видимого света, но ипропускает радиочастотные сигналы во время передачи. В этой работе мы прилагаем усилия для сбора свободной радиочастотной энергии, вытекающей из передач VLC.

Мы наблюдаем, что окружающие объекты могут помочь катушечной
антенне улавливать значительно больше радиочастотной энергии. Основываясь на этом наблюдении, мы предлагаем нашу систему Браслет+, которая вовлекает человеческое тело в систему сбора энергии для увеличения собранного заряда.

После тщательного анализа влияния человеческого организма на
собираемую мощность мы создали прототип спиральной антенны в виде браслета, который обеспечивает как высокую собираемую мощность, так и удобство ношения.

Средняя мощность радиочастотной энергии, собираемой нашей конструкцией, в 10 раз больше, чем у обычной спиральной антенны, не
создавая никаких помех для связи систем VLC.

В наших протестированных сценариях собранная мощность может достигать микроватт. Такой уровень собираемой энергии в микро-ваттах потенциально может привести в действие датчики сверхнизкой мощности, такие как температурные датчики и датчики глюкозы.

“VLC довольно прост и интересен”, — говорит Цзе Сюн, профессор информационных и компьютерных наук в UMass Amherst и старший автор статьи. 

“Вместо того, чтобы использовать радиосигналы для передачи информации по беспроводной сети, он использует свет от светодиодов, которые могут включаться и выключаться до миллиона раз в секунду”. 

Часть привлекательности VLC заключается в том, что инфраструктура уже есть повсюду — наши дома, транспортные средства, уличные фонари и офисы освещены светодиодными лампочками, которые также могут передавать данные.

 “Приемником может быть все, что оснащено камерой, например, наши смартфоны, планшеты или ноутбуки”, — говорит Сюн.

Ранее Сюн и первый автор Минхао Цуй, аспирант кафедры информационных и компьютерных наук UMass Amherst, показали, что в системах VLC существует значительная “утечка” энергии, поскольку светодиоды также излучают “радиочастотные сигналы по боковому каналу”, или радиоволны. Если бы эту утечку радиочастотной энергии можно было собрать, ее можно было бы использовать.

6G может полагаться на ‘утечку’ VLC

Команда объясняет, что системы VLC испытывают значительную “утечку” энергии, потому что светодиоды излучают “радиочастотные сигналы бокового канала” — или радиоволны. Если ученые смогут собрать эту радиочастотную энергию, они смогут ее использовать.

Чтобы воплотить это в реальность, они разработали антенну из спирального медного провода для сбора утечек радиочастоты. Отсюда самый большой вопрос: какой объект максимизирует сбор этой энергии?

Исследователи экспериментировали со всевозможными поверхностями и толщиной проводов. Приложив катушку к пластику, картону, дереву и стали, а также к телефонам и другим цифровым устройствам, включенным и выключенным, первый автор Минхао Цуй попытался обернуть катушку вокруг человеческого тела.

Первой задачей команды было спроектировать антенну из свернутого в спираль медного провода для сбора утечек радиочастоты, что они и сделали. Но как максимально увеличить сбор энергии?

Изображение
предметы повседневного обихода
Команда экспериментировала с использованием различных предметов повседневного обихода для усиления собранной энергии и обнаружила, что человеческое тело — один из лучших материалов. Автор: Cui et al., 10.1145 / 3560905.3568526
Изображение
График

Дешевый браслет может предоставить вам услугу 6G

Основываясь на этих результатах, исследователи создали недорогое носимое устройство под названием “Браслет +”, которое люди могут носить на верхней части предплечья. Авторы исследования отмечают, что они могут даже модифицировать ее, чтобы она работала как кольцо, пояс, браслет или ожерелье, хотя браслет, казалось, лучше всего подходит для сбора энергии.

Команда экспериментировала со всевозможными деталями дизайна, от толщины провода до количества его намотки, но они также заметили, что эффективность антенны варьируется в зависимости от того, к чему прикасается антенна. 

Они попробовали разместить катушку на пластике, картоне, дереве и стали, а также прикоснуться к стенам разной толщины, телефонам с включенным и выключенным питанием и ноутбукам. И тогда у Cui появилась идея посмотреть, что происходит, когда катушка соприкасается с человеческим телом.

Изображение
конструкции катушек
Различные конструкции катушек влияют на количество потребляемой мощности. Автор: Cui et al., 10.1145 / 3560905.3568526
Изображение
График

Сразу же стало очевидно, что человеческое тело является лучшей средой для усиления способности катушки собирать утечку радиочастотной энергии, в десять раз большей, чем одна только голая катушка.

После долгих экспериментов команда придумала “Браслет +”, простую катушку из медной проволоки, которую носят как браслет на верхней части предплечья. Несмотря на то, что дизайн можно адаптировать для ношения в качестве кольца, пояса, браслета или ожерелья, браслет, казалось, предлагал правильный баланс сбора энергии и удобства ношения.

“Дизайн дешевый — менее пятидесяти центов”, — отмечают авторы, чья статья получила престижную награду за лучшую статью на конференции Ассоциации вычислительной техники по встроенным сетевым сенсорным системам. 

“Но мощность браслета + может достигать микроватт, что достаточно для поддержки многих датчиков, таких как датчики контроля состояния тела, для работы которых требуется мало энергии из-за низкой частоты дискретизации и длительной продолжительности сна”.

“В конечном счете, — говорит Сюн, — мы хотим иметь возможность собирать ненужную энергию из всех видов источников, чтобы использовать технологии будущего”.

Когда пользователь носит катушку браслета, его / ее тело и катушка вместе служат большой антенной (мы называем это браслет + антенна) для сбора энергии от передач VLC. Когда радиочастотная энергия поступает на браслет + антенну, часть энергии поглощается, а другая
часть отражается.

Чтобы увеличить собираемую мощность, мы хотим свести к
минимуму количество отражаемой энергии. Чтобы достичь этой
цели, нам необходимо согласовать частоту утечки радиочастотного сигнала и частоту резонанса устройства сбора энергии.

Однако отличается от коммерческих систем беспроводной зарядки, в которых частота количество сигналов фиксировано и известно заранее, частота утечек радиосигналов от передатчика VLC изменяется и неизвестна. Системы VLC изменяют скорость передачи, регулируя частоту включения/ выключения.


Рисунок 1: Иллюстрация утечки собранной радиочастотной энергии в
VLC катушками браслета без человеческого тела и с человеческим телом, где амплитуда сигнала в значительной степени увеличивается с человеческим телом.

В недавних работах была предпринята попытка настроить резонансную частоту приемника так, чтобы она соответствовала частоте просочившихся сигналов [17, 18]. Однако такой метод требует высокой частоты дискретизации и интенсивных вычислений для выполнения ресурсоемкой операции преобразования Фурье на стороне приемника [42], что непрактично для системы сбора энергии с ограниченной
мощностью. 

Технологии идут вперед, но что делать с уже имеющимися?

«5G — это оружие», — утверждает эксперт по оружию Марк Стил

Источник: материалы команды исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте 

Дэган Миллер

Оцените автора
( 19 оценок, среднее 4.89 из 5 )
R&M Статья по вам плачет!
Добавить комментарий

  1. Александр

    Теперь понятно, для чего в волшебных эликсирах графен. Человек, как антенна. Молодцы, верные вассалы глобалистов. Все уже придумано, а сейчас по чуть-чуть выдают информацию, словно еще только исследуют. Сначала прием сигнала, а потом уже и управление сознанием

    Ответить