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Sensores sin pilas
Algunos tecnólogos creen que en el futuro, computadoras aparentemente invisibles estarán integradas en todas partes, recopilando datos sobre el medio ambiente y haciéndolos útiles para los tomadores de decisiones. Una forma de lograr este tipo de computación ubicua es dispersar pequeños sensores que miden, por ejemplo, la luz, la temperatura o el movimiento.
Pero sin una fuente de energía persistente, dichos sensores necesitarían reemplazar sus baterías cada pocos meses. En otras palabras, los sensores ubicuos también podrían significar baterías muertas ubicuas, dice Josh Smith, investigador de Investigación de Intel en Seattle.
Smith y su equipo están abordando este problema no trabajando con baterías de mayor duración, sino tratando de eliminar por completo la necesidad de baterías. En cambio, sus dispositivos prototipo emplean la misma técnica de barrido de energía utilizada por las etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) sin batería.
El concepto de desechar la batería del sensor no es nuevo. Los investigadores han propuesto capturar energía de las vibraciones ambientales o la luz ambiental para alimentar un sensor (ver Electricidad gratuita de nanogeneradores). Pero no está claro si la tecnología que captura la energía ambiental puede integrarse de forma económica en un dispositivo sensor.
Por el contrario, la tecnología utilizada en las etiquetas RFID, que transmiten algunos bits de información cuando son escaneadas por un lector RFID, es lo suficientemente barata como para integrarse en sensores y producirse en masa; ya se utilizan ampliamente para rastrear ganado y carga, así como para automóviles que pasan por carriles de fácil acceso en las carreteras.
Smith explica que los dispositivos de sensor de Intel usan componentes estándar: una antena para enviar y recibir datos y recolectar energía de un lector, y un microcontrolador que contiene un sensor, una computadora diminuta que requiere solo un par de cientos de microvatios de energía para recolectar y procesar datos.
La antena recoge esta energía directamente de las ondas de radio emitidas por un lector RFID. Cuando una etiqueta está dentro del alcance de un lector, la señal de radio del lector pasa a través de la antena, generando un voltaje que activa la etiqueta. Entonces, la etiqueta puede enviar información al lector a través de un proceso llamado retrodispersión, en el que la antena refleja esencialmente una variación codificada en datos de la señal de radio recibida.
El microcontrolador que el equipo de Smith agregó a la antena RFID incluye un microprocesador de 16 bits, 8 kilobytes de almacenamiento flash y 256 bytes de memoria de acceso aleatorio.
Una de las funciones principales del microcontrolador es garantizar que la información se transmita al lector sin errores, lo que requiere más cálculos que los que puede manejar una etiqueta RFID convencional. En una etiqueta típica, la información de verificación de errores se calcula previamente y se almacena en el chip; pero para un sensor, dice Smith, esta información debe calcularse en tiempo real a medida que se recopilan los datos.
Al igual que las etiquetas RFID, los sensores sin batería se encienden solo cuando encuentran un lector. Siempre que el lector RFID esté dentro del alcance del dispositivo, dice Smith, puede recopilar datos y enviarlos al lector.
Los sensores sin batería podrían ser útiles en muchas áreas, incluida la medicina, dice Zeke Mejia, director de tecnología de Digital Angel, con sede en St. Paul, un fabricante de etiquetas RFID. Podrían verificar el estado y ciertas condiciones en el cuerpo en cualquier momento, dice Mejía, desde los niveles de glucosa en las personas con diabetes hasta el pH de la sangre y otros fluidos corporales.
En su forma actual, los sensores de Intel deben estar a menos de un metro de un lector para activarse. Eso está más cerca de lo que sería ideal para algunas aplicaciones, como medir la temperatura de alimentos empacados en cajas grandes o vibraciones en paredes gruesas. El problema es que, si bien el microcontrolador necesita solo un milivatio de energía para funcionar, necesita tres voltios de electricidad para encenderse y el sensor debe estar a un metro de un lector RFID estándar de la industria para generar esa cantidad de energía. Pero con cambios menores en la forma en que el microcontrolador procesa los datos, dice Smith, el grupo podría reducir el requisito de voltaje a 1.8 voltios, extendiendo así el rango a unos cinco metros.
El último prototipo del equipo incorpora un sensor de luz, un sensor de temperatura e incluso un sensor de inclinación en un dispositivo sin batería. Los investigadores están trabajando en formas de integrar el microcontrolador y la antena en un solo chip que sería más fácil de instalar en el campo. Mientras tanto, han desarrollado una demostración visual de cuánta energía puede obtener una antena RFID de un lector: la han utilizado para alimentar el segundero de un reloj de pulsera.
Es sorprendente para la gente que esta forma invisible de energía (ondas de radio) pueda hacer que la manecilla de un reloj se mueva, dice Smith. Y un solo tic de una segunda mano, dice Smith, requiere tanta energía como enviar un bit de datos desde su sensor.