Например, гибкая электроника — от пластырей на коленях, которые фиксируют диапазон движений у пациентов с артритом, до пластырей, которые используют пот для определения усталости у спортсменов или солдат, — открывает большие перспективы для сбора важных с медицинской точки зрения данных.Но сегодняшняя гибкая электроника и другие датчики, которые не могут использовать громоздкие батареи и должны работать с очень низким энергопотреблением, обычно не могут связываться с другими устройствами, находящимися на расстоянии более нескольких футов или метров. Это ограничивает их практическое использование в различных приложениях, от медицинского мониторинга и домашнего зондирования до умных городов и точного земледелия.
В отличие от этого, система обратного рассеяния на большие расстояния в UW, которая использует отраженные радиосигналы для передачи данных с чрезвычайно низкой мощностью и низкой стоимостью, обеспечивает надежное покрытие всего дома площадью 4800 квадратных футов, офисной площади, охватывающей 41 комнату и одного акра овощей. ферма. Система подробно описана в документе, который будет представлен 13 сентября на UbiComp 2017.
«До сих пор устройства, которые могут обмениваться данными на большие расстояния, потребляли много энергии. Компромисс в устройстве с низким энергопотреблением, потребляющем микроватты энергии, заключается в том, что его дальность связи мала», — сказал Шьям Голлакота, ведущий преподавательский состав и доцент кафедры. Школа компьютерных наук Пола Г. Аллена Инженерное дело. «Теперь мы показали, что можем предложить и то, и другое, что в значительной степени изменит правила игры для множества различных отраслей и приложений».Новейшая система обратного рассеяния на большие расстояния обеспечивает надежную связь на большие расстояния с датчиками, которые потребляют в 1000 раз меньше энергии, чем существующие технологии, способные передавать данные на такие же расстояния.
Это важный и необходимый прорыв на пути к подключению миллиардов повседневных объектов.Система обратного рассеяния на большие расстояния будет коммерциализирована Jeeva Wireless, дочерней компанией, основанной группой компьютерных ученых и инженеров-электриков из UW, которая планирует начать ее продажи в течение шести месяцев.Датчики настолько дешевы — с ожидаемой общей стоимостью от 10 до 20 центов каждый, — что фермеры, желающие измерить температуру или влажность почвы, могут по доступной цене покрыть все поле, чтобы определить, как эффективно сажать семена или поливать. Другие потенциальные приложения варьируются от массивов датчиков, которые могут отслеживать загрязнение, шум или движение в «умных» городах, или медицинских устройств, которые могут круглосуточно передавать по беспроводной сети информацию о состоянии сердечного пациента.
«Люди уже много лет говорят о возможности подключения к повседневным объектам, таким как стиральный порошок, бумажные полотенца и кофейные чашки, но проблема заключается в стоимости и энергопотреблении, — сказал Вамси Талла, технический директор Jeeva Wireless. Научный сотрудник школы Аллена и получил степень доктора электротехники в Университете штата Вашингтон. «Это первая беспроводная система, которая может обеспечить подключение к любому устройству с минимальными затратами».Исследовательская группа, например, создала прототип контактной линзы и гибкий эпидермальный пластырь, который прикрепляется к коже человека, который успешно использовал обратное рассеяние на большие расстояния для передачи информации через предсердие площадью 3300 квадратных футов.
Это на порядки больше, чем диапазон 3 фута, достигнутый предыдущими конструкциями интеллектуальных контактных линз.Система состоит из трех компонентов: источника, излучающего радиосигнал, датчиков, кодирующих информацию в отражениях этого сигнала, и недорогого стандартного приемника, декодирующего информацию.
Когда датчик размещается между источником и приемником, система может передавать данные на расстояние до 475 метров. Когда датчик размещается рядом с источником сигнала, приемник может декодировать информацию на расстоянии до 2,8 км.
Преимущество использования отраженных или «обратно рассеянных» радиосигналов для передачи информации заключается в том, что датчик может работать на чрезвычайно малой мощности, которая может быть обеспечена тонкими дешевыми гибкими печатными батареями или может быть получена из окружающих источников, что устраняет необходимость в громоздких батареях. . Недостатком является то, что приемнику трудно отличить эти чрезвычайно слабые отражения от исходного сигнала и других шумов.«Это все равно, что слушать разговор, происходящий по ту сторону толстой стены — вы можете слышать слабые голоса, но не можете разобрать слова», — сказал Мехрдад Хессар, докторант школы Аллена. «С нашей новой технологией мы можем расшифровать эти слова, даже если сам разговор плохо слышен».Чтобы решить эту проблему, команда UW представила новый тип модуляции, называемый расширенным спектром ЛЧМ-сигнала, в свою конструкцию обратного рассеяния.
Распространение отраженных сигналов по нескольким частотам позволило команде достичь гораздо большей чувствительности и декодировать обратно рассеянные сигналы на больших расстояниях, даже когда они ниже уровня шума.«По сути, мы начали с чистого листа и сказали, что если для обеспечения интеллектуальных приложений нам действительно нужна связь на большие расстояния, как мы можем спроектировать систему с нуля для достижения этой цели?» — сказал Брайс Келлог, соучредитель Jeeva Wireless, который учился на электротехнике в UW.