Инженеры Вашингтонского университета сконструировали приемник и передатчик информации на отраженном ТВ-сигнале (ambient backscatter). Уникальность конструкции заключается в том, что микросхема не требует источника питания, а получает энергию из фонового радиоизлучения, в данном случае — из ТВ-сигнала в диапазоне от 515 до 565 МГц (стандарт телевещания ATSC). Передача информации осуществляется путем отражения этого сигнала от антенны передатчика.
Экспериментальный прототип приемника-передатчика на отраженном ТВ-сигнале
Сбор энергии из фонового излучения — не новая идея. Давно существуют схемы, позволяющие собирать и накапливать энергию и из радио-, и из микроволнового излучения.
Передача информации путем отражения сигнала — тоже не новая идея. Точно так работают микросхемы RFID. Они облучаются RFID-сканером на частоте 915 МГц и отражают сигнал, который считывается тем же сканером.
Уникально, что микросхемы сочетают в себе обе технологии: и сбор энергии из радиоволн, и передачу данных за счет отражения сигнала. При этом микросхемы показывают рекордно низкое энергопотребление.
Передача информации осуществляется простым способом: антенна передатчика меняет сопротивление, так что или пропускает сигнал без изменений (0), или отражает его (1).
Приемник получает уже «искаженный» сигнал с телевышки и фильтрует его, извлекая биты, отраженные с передатчика. Это тоже несложный алгоритм: фильтрация осуществляется путем простого усреднения сигнала, так что искаженные фрагменты легко проявляют себя.
На иллюстрациях показаны: 1) оригинальный сигнал с телевышки без искажений; 2) сигнал с телевышки после искажения антенной; 3) сигнал после усреднения.
Энергии радиоволн хватает и на работу контроллера, и на светодиод, и на приемник/передатчик. Поскольку излучение от ТВ-станций и вышек сотовой связи покрывает практически всю территорию цивилизованных стран, то такого рода устройства чрезвычайно универсальны и могут работать практически где угодно.
Эксперимент показал, что микросхемы обеспечивают скорость передачи данных от 1 до 10 Кбит/с на расстоянии до 75 см. При этом нужно, чтобы транслирующая телевизионная станция находилась на расстоянии не более 15-20 км. Тест также показал, что передатчик не ухудшает качество приема сигнала на обычных телевизорах, если находится на расстоянии более 20 см от антенны. Собственно, на более близком расстоянии любой проводник будет ухудшать сигнал на телевизоре, даже простая вилка или человеческая рука. Поэтому к подобного рода устройствам не должно быть претензий у регулирующих органов.
По мнению разработчиков, при промышленном изготовлении можно уменьшить размер подобных устройств до 1 кв. мм. Их можно внедрять в платежные карточки, книги, упаковку товаров, одежду и т.д.
Например, подобные устройства позволяют перечислять деньги напрямую с одной платежной карточки на другую, если поднести их вплотную друг к другу. Другой вариант — использование в супермаркетах. Если микросхемы встроены в упаковку каждого товара и в полки супермаркета, то светодиод может сигнализировать об ошибке, когда товар пытаются поставить не на ту полку.
