Primera demostración de una cámara de vigilancia alimentada por transmisiones Wi-Fi ordinarias

Una de las barreras más importantes para el despliegue de sensores, cámaras y comunicadores es la cuestión del poder. La tarea de colocar una cámara de seguridad en una pared exterior o un sensor de temperatura en un ático se enfrenta inmediatamente con la cuestión de cómo conectar un cable de alimentación al dispositivo o hacer arreglos para que las baterías se reemplacen periódicamente.

Luego está el Internet de las cosas, la idea de que casi todos los objetos pueden equiparse con un chip que transmita datos como su ubicación, si está lleno o vacío o si algún otro parámetro, como la temperatura o la presión, es peligrosamente alto o bajo.

Se esperan grandes cosas del Internet de las cosas, pero solo si los ingenieros pueden resolver un problema potencial: cómo alimentar estas numerosas máquinas diminutas.

Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Vamsi Talla y sus amigos de la Universidad de Washington en Seattle. Estos muchachos han desarrollado una forma de transmitir energía a dispositivos remotos utilizando una tecnología existente que muchas personas ya tienen en sus salas de estar: Wi-Fi común. Llaman a su nuevo enfoque poder sobre Wi-Fi o PoWi-Fi.

La idea es simple en concepto. Las transmisiones de radio Wi-Fi son una forma de energía que una simple antena puede captar. Hasta ahora, todos los receptores Wi-Fi han sido diseñados para recopilar la información que transmiten estas transmisiones.

Pero Talla y compañía señalan que no hay ninguna razón por la que la energía no deba cosecharse también. La pregunta es cuánto se puede reunir de esta manera. Y ahí está el desafío.

El enfoque del equipo de la Universidad de Washington para esto es refrescantemente sencillo. Simplemente conectan una antena a un sensor de temperatura, lo colocan cerca de un enrutador Wi-Fi y miden los voltajes resultantes en el dispositivo y cuánto tiempo puede funcionar solo con esta fuente de alimentación remota.

La respuesta simple es que el voltaje a través del sensor nunca es lo suficientemente alto como para cruzar el umbral operativo de alrededor de 300 milivoltios. Sin embargo, a menudo se acerca.

Pero un examen más detallado de los datos es una lectura interesante. El problema es que las transmisiones de Wi-Fi no son continuas. Los enrutadores tienden a transmitir en un solo canal en ráfagas. Esto proporciona suficiente energía para el sensor, pero tan pronto como se detiene la transmisión, los voltajes caen. El resultado es que, en promedio, el sensor no tiene suficiente jugo para funcionar.

Eso le dio a Talla y amigos una idea. ¿Por qué no programar el enrutador para transmitir ruido cuando no está transmitiendo información y emplear canales Wi-Fi adyacentes para transportarlo de modo que no interfiera con las velocidades de datos?

Y eso es exactamente lo que han hecho. Para ello necesitan las entrañas electrónicas de tres routers, uno para cada uno de los canales en los que pretenden emitir. (Las transmisiones Wi-Fi pueden realizarse en cualquiera de los 11 canales superpuestos dentro de una banda de 72 MHz centrada en la frecuencia de 2,4 GHz. Esto permite la transmisión simultánea de tres canales no superpuestos).

Talla y compañía usan tres conjuntos de chips Atheros AR9580, electrónica estándar para enrutadores Wi-Fi. Sin embargo, programan estos dispositivos para transmitir de una manera que pueda proporcionar energía continua a un sensor de recolección de energía.

Luego miden los voltajes resultantes en su sensor de temperatura y determinan cuánto tiempo puede funcionar a varias distancias del enrutador modificado.

Los resultados son impresionantes. Resulta que el sensor de temperatura puede operar a distancias de hasta unos seis metros del enrutador y al agregar una batería recargable a la mezcla, Talla y compañía pudieron aumentar eso a unos nueve metros.

Aún más ambicioso, también conectaron una cámara a su antena. Se trataba de un sensor Omnivision VGA de baja potencia capaz de producir imágenes en blanco y negro de 174 x 144 píxeles, lo que requiere 10,4 milijulios de energía por imagen.

Para almacenar energía, colocaron un condensador de baja fuga en la cámara, que se activa cuando el condensador se carga a 3,1 V y continúa funcionando hasta que el voltaje cae a 2,4 voltios. Las imágenes se almacenaron en una memoria de acceso aleatorio ferroeléctrica no volátil de 64 KB.

En las pruebas posteriores, la cámara funcionó notablemente bien. La cámara sin batería puede funcionar hasta [unos cinco metros] desde el enrutador, con una captura de imagen cada 35 minutos, dicen Talla y compañía. Al agregar una batería recargable, aumentaron eso a siete metros. El enrutador podría incluso alimentar la cámara a través de una pared de ladrillos, lo que demuestra que sería posible conectar el dispositivo en el exterior y mantener la fuente de alimentación en el interior.

Eso es algo que sería muy útil para la vigilancia, tal vez conectado a un sensor de movimiento para activar la cámara cuando algo se mueve en su campo de visión.

Solo para presumir, el equipo también conectó su antena a un rastreador de ejercicios Jawbone y lo usó para recargar la batería de monedas que lo alimentaba. Usando esto, cargamos un dispositivo Jawbone UP24 en las cercanías del enrutador PoWi-Fi desde un estado sin carga hasta un estado de carga del 41% en 2,5 horas, dicen.

Sin embargo, este tipo de rendimiento plantea preguntas importantes, una de las cuales es cómo las transmisiones adicionales de Wi-Fi podrían interferir con las velocidades de datos. Para averiguarlo, Talla y compañía equiparon seis hogares en un área metropolitana con estos dispositivos y luego monitorearon el impacto en los usuarios.

Este impacto fue mínimo, dice Talla y compañía. Cuatro de los usuarios no percibieron ninguna diferencia en la experiencia del usuario y un usuario dijo que su experiencia en línea realmente mejoró. Talla y compañía dicen que esto se debió a que su enrutador modificado reemplazó a uno de calidad particularmente baja. El usuario final informó de un ligero deterioro en su experiencia de visualización de YouTube, que Talla y compañía dicen que probablemente se debió a los efectos de interferencia con otros dispositivos.

Estos resultados serán tranquilizadores, pero solo para algunos usuarios. Talla y compañía no mencionan el impacto que tuvieron sus nuevos enrutadores en las velocidades de descarga de otros enrutadores cercanos, por ejemplo, los que usan los vecinos de al lado.

La pregunta importante sin respuesta es esta: ¿cómo interfieren estos enrutadores con otras señales? Tener un enrutador al lado que emite señales en tres canales de Wi-Fi puede no ser la idea de comportamiento de buena vecindad de todos.

Sin embargo, vale la pena señalar que si este tipo de interferencia resulta ser un problema para los enrutadores actuales, es uno que podría resolverse en las generaciones futuras.

Es por eso que no debería restar valor al extraordinario potencial de PoWi-Fi. La capacidad de entregar energía de forma inalámbrica a una amplia gama de dispositivos y sensores autónomos es muy importante. Pero la verdadera guinda del pastel aquí es la capacidad de hacer esto con tecnología ordinaria que está comúnmente disponible en todo el mundo desarrollado y más allá. Como tal, PoWi-Fi podría ser la tecnología habilitadora que finalmente dé vida al Internet de las cosas.

Ref: arxiv.org/abs/1505.06815 : Alimentación de los próximos mil millones de dispositivos con Wi-Fi

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