Los investigadores han encontrado una forma económica y de bajo consumo de energía para que una gran cantidad de dispositivos, como máquinas en fábricas y equipos en laboratorios, compartan información mediante el uso eficiente de señales en altas frecuencias no utilizadas.
La tecnología podría permitir inmediatamente un monitoreo eficiente y de bajo costo en tiempo real en entornos industriales, como rastrear el estado de fabricación de robots o detectar fugas de gas en refinerías, eliminando la necesidad de transmisores de señales que consumen mucha energía. Los investigadores dijeron que con algunas mejoras de ingeniería, la tecnología podría usarse para aplicaciones a gran escala, como ciudades inteligentes y agricultura.
La tecnología es una versión avanzada de un dispositivo que transmite datos a un sistema inalámbrico, comúnmente conocido como etiqueta. La nueva etiqueta puede admitir la transmisión de datos para una gran red de dispositivos mediante una técnica llamada retrodispersión. Aquí es donde un lector central envía una señal a una etiqueta de sensor para recopilar datos y la etiqueta refleja esta señal ambiental directamente al lector. La retrodispersión ya se utiliza en sistemas comunes como los pagos inteligentes y las tarjetas de entrada a edificios, pero hasta ahora sólo a bajas frecuencias.
El rango de baja frecuencia crea un problema cuando muchos dispositivos intentan comunicarse al mismo tiempo porque cuando se introducen más señales, es más probable que choquen entre sí. Los diseños de retrodispersión convencionales también tienen velocidades de comunicación más bajas, porque las señales de baja frecuencia tienen limitaciones en cuanto a la cantidad de información que se puede transmitir a la vez.
La nueva etiqueta, desarrollada por investigadores de Princeton, la Universidad Rice y la Universidad Brown, es la primera de su tipo en utilizar retrodispersión en el rango de subterahercios, una parte de alta frecuencia del espectro de radio. Este rango puede admitir la transmisión de datos de alta velocidad a través de un amplio ancho de banda. Este desarrollo significa que las redes densas de dispositivos que utilizan etiquetas pasivas pueden ahorrar una cantidad significativa de energía e infraestructura en comparación con los sistemas inalámbricos tradicionales.
“Creo que esta tecnología encontrará aplicaciones en muchos entornos interesantes”, afirmó Yassaman Ghasempor, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en Princeton e investigador principal del estudio. “A pesar de la sabiduría convencional, este artículo muestra que es posible una comunicación escalable y de bajo consumo en el rango de subterahercios”.
El artículo fue publicado el 9 de octubre. comunicación de la naturaleza.
Usar retrodispersión a frecuencias más altas es un desafío porque las señales son más susceptibles a desvanecerse a medida que se propagan y deben ser muy precisas para viajar largas distancias. “El lector necesita crear un haz estrecho en forma de lápiz para iluminar la ubicación precisa de la etiqueta, y la etiqueta de baja potencia hará lo mismo sin usar energía. Ese es el verdadero desafío”, dice Ghasempour.
Las etiquetas de retrodispersión tradicionales reflejan las señales hacia su fuente utilizando antenas simples que generalmente transmiten la energía en todas direcciones, lo que hace que una parte de la energía regrese al lector. Aunque algunas etiquetas avanzadas pueden ajustar la dirección de su señal, su capacidad para hacerlo es limitada y están limitadas a un rango estrecho de frecuencias. Ghasempour dice que el equipo tuvo que repensar toda la arquitectura de la etiqueta para lograr una retrodispersión por debajo de los terahercios. “Usar el mismo diseño de hardware antiguo y ampliarlo no funcionará”, afirmó.
Para abordar estas limitaciones, los investigadores idearon una estructura de antena completamente nueva. La nueva antena permite cambios automáticos de dirección de la señal en respuesta a cambios de frecuencia. Al hacer esto, la etiqueta puede conducir señales para permitir la comunicación de largo alcance y evitar interferencias de otras señales. En otras palabras, la huella de interferencia de cada etiqueta se limita a los dominios espacial y espectral.
Ghasempour dice que espera que otros lean el documento y encuentren mejoras de ingeniería para mejores aplicaciones. Al implementar una forma de amplificar las señales en un sistema de bajo costo, por ejemplo, la tecnología podría alimentar redes de sensores en todas las ciudades para monitorear la calidad del aire o el flujo del tráfico.
Las etiquetas se pueden colocar en las señales de tráfico para que los reconozcan los vehículos autónomos, ya que pueden utilizar ondas de radio para transmitir mensajes como “detente” o “cede el paso” incluso cuando la visibilidad está bloqueada por la niebla o la nieve. En agricultura, la tecnología puede ayudar a construir extensas redes de sensores de suelo en campos o bosques, proporcionando datos en tiempo real sobre los niveles de humedad o temperatura.
Ghasempour dice que el desarrollo de moduladores de datos de baja potencia en este tipo de sistemas es un área de investigación activa, y esta innovación es un paso hacia la reducción de costos y consumo de energía para sistemas inalámbricos completos.