物聯(lián)網(wǎng)黑科技，不耗電能充電的wifi技術

　　Gartner去年公布的新興技術周期圖顯示，2016年IoT成為最被期待的新興技術，與之相關的IOT平臺同樣受到強烈的關注，未來5到10年IoT技術將趨于成熟。到2020年聯(lián)網(wǎng)設備的總數(shù)將達到甚至超過500億，物聯(lián)網(wǎng)將把家庭中的很多設備囊括進來，其中小到智能恒溫器，可穿戴設備名大到智能電冰箱……

　　而電池有時候是移動設備與傳感器的禍根，這種電源并不可靠，必須充電或是定期更換，可能會成為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的最大弱點。為此美國華盛頓大學（University of Washington）研究人員想到了一個好主意：由從現(xiàn)有的廣播、電視以及其他無線信號中采集能量，他們開發(fā)出一種能讓傳感器、可穿戴式設備等低能量設備，不需要電池或電線就能連網(wǎng)的方法。

　　目前，國外媒體報道，美國華盛頓大學電子工程學院的學生們?nèi)涨把邪l(fā)出了一種全新的WiFi技術，其最大特點是能耗不到當前WiFi的萬分之一。最重要的是，通過反向wifi技術還可以給大批量物聯(lián)網(wǎng)設備充電。該技術已被《麻省理工科技評論》（MIT Technology Review）提名為“2016十大科技突破”，并且已實際應用在華盛頓大學校園里。

　　發(fā)射無線電波　　從電波中“吸取”供電能源

　　這項技術名為“Passive Wi-Fi”（被動WiFi），與日常使用的路由器幾乎沒什么兩樣，只是更節(jié)能。例如，當前路由器的發(fā)射功率為100毫瓦，而Passive Wi-Fi路由器的發(fā)射功率僅為10~50微瓦，僅為萬分之一。

　　新WiFi技術的工作原理類似于RFID芯片，利用的是電磁的后向反射（Wi-Fi backscatter）通信技術。當前的WiFi技術通過消耗電力來提供信號；而這項技術不同，它會選擇性地反射無線電波，還能從電波中“吸取”供電能量。

　　該項目研究人員瓦米思·塔爾拉（VamsiTalla）稱：“采用Passive Wi-Fi技術的設備本身并不傳輸任何信號，它只通過反射的方式生成數(shù)WiFi據(jù)包。因此，這種一種能耗非常低的無線發(fā)射技術。”

　　據(jù)研究人員介紹，Passive Wi-Fi的工作分為三步：首先需要在墻上安裝一個簡易設備，用以發(fā)送模擬波到Passive Wi-Fi的傳感器上。電量大部分耗費在該過程中，而傳感器幾乎不耗費電量。

　　接下來，傳感器會接受模擬波，然后進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，生成Wifi數(shù)據(jù)包。最后，設備能以每秒11Mbps的速度（快于藍牙，但慢于部分家庭寬帶）向手機或路由器傳送網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。

　　該低功耗wifi設備，來自名為Wi-Fi后向散射（Wi-Fi backscatter）的新型通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使用無線電頻率作為電能來源，未來甚至不再需要電池。

　　Wi-Fi無線充電　　直接從空氣中獲取能源

　　在這種技術的幫助下，未來的物聯(lián)網(wǎng)設備可能將不再需要電池，而是直接從空氣當中獲取能源。

　　他們發(fā)明這項黑科技，被稱為“Wi-Fi無線充電”（“powerover Wi-Fi”）系統(tǒng)，該技術讓我們可以通過Wi-Fi信號為距離28英尺（約合8.5米）內(nèi)的設備充電。

　　這套系統(tǒng)由兩個部分構成，一個是接收器（路由器），以及一個定制的傳感器。“傳感器的目標是收集RF（射頻）功率，并將其轉(zhuǎn)換為直流電源”該項目研究人員Vamsi Talla解釋道：“第二塊，就是我們的接收器，我們?yōu)槠鋵ｉT定制了一個解決方案，利用軟體修正的方式，讓路由器成為一個給力的電源，同時，也能扮演好傳統(tǒng)路由器的角色。”換句話說，你僅僅需要對傳統(tǒng)的Wi-Fi路由器進行升級，讓數(shù)據(jù)傳輸和能源傳輸共存一體，互不干擾?；蛘?，更準確地說，這項技術只是有效利用了路由器產(chǎn)生的既有電能。

　　除了利用射頻做為電源，華盛頓大學的工程師們也發(fā)現(xiàn)了重復利用現(xiàn)有Wi-Fi信號為無電池設備提供連網(wǎng)功能的方法；這種稱為Wi-Fi Backscatter的技術，號稱是第一個能讓無電池設備與Wi-Fi基礎設施鏈接的方案，奠基于讓低功率設備如溫度傳感器從廣播、電視與無線信號采集能量的較早期研究成果之上。

　　華盛頓大學表示，這種新技術需要克服的挑戰(zhàn)在于，傳統(tǒng)的低功率網(wǎng)絡如Wi-Fi與藍牙，所消耗的能量是得以從電視廣播、蜂窩網(wǎng)絡或Wi-Fi發(fā)射器采集之能量的兩到三倍。Wi-Fi Backscatter這種通訊機制，能讓透過射頻供電的設備透過反射（reflecTIng）或不反射來自Wi-Fi路由器的信號，將數(shù)據(jù)編碼；現(xiàn)有的設備與傳感器能偵測到由那些反射所產(chǎn)生的Wi-Fi信號強度變化。而因為Wi-Fi Backscatter只是反射、并非產(chǎn)生無線信號，因此只需要不到10mW的電量就能與連網(wǎng)設備溝通。

　　美國華盛頓大學開發(fā)的Wi-Fi Backscatter技術示意圖

　　華盛頓大學計算機工程電子工程副教授Joshua Smith表示：“你可能會想，一個低功率設備怎么可能造成無線信號的微小變化？但如果你仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)環(huán)境中所有Wi-Fi信號的反射都有這種現(xiàn)象。”Wi-Fi Backscatter可達到1kbps的通訊速率，設備之間的距離最長可達20米，真是令人印象深刻。

　　早在19世紀末20世紀初，知名發(fā)明家 Nikola Tesla就提出過無線供電技術，不過一直以來相關解決方案都無法取代隨處可見的AC電線；而現(xiàn)今產(chǎn)業(yè)界也有許多廠商都在開發(fā)短距離的無線充電技術。華盛頓大學計算機科學工程系副教授Shyam Gollakota表示：“要讓物聯(lián)網(wǎng)起飛，我們必須為可能達數(shù)十億臺、嵌入在各種日常用品中的無電池設備提供鏈接性。”

　　Gollakota 指出：“我們現(xiàn)在可以讓設備擁有無線鏈接功能，而且所消耗能量等級低于一般Wi-Fi設備。”也參與Wi-Fi Backscatter研發(fā)的華盛頓大學電子工程博士生Bryce Kellogg表示，該技術最大的優(yōu)勢之一，是只要透過軟件更新就能讓現(xiàn)有的家用無線路由器，擁有與其他家用智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設備通訊的功能，這大大降低了消費者布署新技術的門坎。