5G er et lille skridt nærmere Nikola Teslas trådløse elnet

Illustration: TDC NET

I begyndelsen af 1900-tallet fik den serbiske elektro-ingeniør Nikola Tesla, der mest er kendt for sine bidrag til udviklingen af den moderne vekselstrømsmotor, sat en 56 meter højt tårn op i USA. Det skulle udgøre kernen i et nyt trådløst elnet. Den ide faldt dog forholdsvist hurtigt til jorden, og i dag må vi nøjes med trådløs transmission af elektricitet over meget korte afstande, fx induktionskogeplader og trådløs opladning af mobiltelefoner med få millimeters afstand.

Nu peger en gruppe forskere fra Georgia Institute of Technology på næste generation mobilnetværk, 5G, som en praktisk infrastruktur til et trådløst elnet.

I en videnskabelig artikel i tidsskriftet Nature har de præsenteret en arkitektur for hvordan man kan forestille sig et 5G-netværk fungere som et trådløst elnet ved hjælp af ekstra antenner og ensrettere.

Indtil videre er det lykkedes at transmittere adskillige mikrowatt - det er uklart præcist hvor stor effekt - over en afstand på 2,83 meter.

Læs også: Selvforsynende elektronik snegler sig frem

Sådan så patenttegningen til Nikola Tesla trådløse elnet ud i 1914. Illustration: Nikola Tesla

Nok til at forsyne sensorer

Teoretisk anslår forskerne at det er muligt at transmittere 6 mikrowatt, 6 μW, over 180 meter med tilgængeligt 5G- og radarudstyr.

Det lyder umiddelbart ikke af meget, men det kan muligvis være nok til at forsyne små IoT-enheder, fx sensorer, med tilpas energi til at køre uden batteri, hvis de er i nærheden af en 5G-mast.

I dag bruger de mindste sensorer typisk 5 μW i passiv tilstand.

Siden Nikola Tesla måtte opgive drømmen om et trådløst elnet, har mange andre forsøgt sig med svingende succes. Det nye 5G-system er ikke udtryk for et stort teknologisk gennembrud, men snarere et praktisk forsøg på at udnytte en allerede eksisterende infrastruktur, hvilket vil presse prisen ned.

Læs også: Nye trådløse teknologier sluger miljøbelastende batterier

Når 5G er mere egnet til transmission af elektricitet end de eksisterende 4G-net, så skyldes det tre forhold. Dels bliver der opsat flere basestationer i form af mobilmaster, dels fordi antenneteknologien udvikler sig i retning af bedre og mere retningsbestemte antenner, og så kan transmissionen foregår over millimeterbølger, altså i frekvensbånd fra 26 GHz og op efter.

Der vil dog være brug at eftermontere udstyr i mobilmaster, hvis de både skal sende mobilsignaler og transportere elektricitet trådløse, blandt andet et Rotman-objektiv, som i dag bruges til radarsystemer.

Men der er stadig lang vej til at systemet bliver rentabelt. Ifølge professor i Computer Science James Peter Brusey ved Coventry University, som ikke er medforfatter på Nature-studiet, så kræver overførslen af bare få mikrowatt over 30 kilowatt ude i 5G-mobilmasten.

Energitabet mellem det etablerede elnet og så en sensor er altså stadig så stort, at det formentlig bedre kan betale sig at køre ud og skifte batteriet med et års mellemrum.

Læs også: Roaming-regler forlænges: 5G og forbundne maskiner giver hovedbrud

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

6 uW i 100 meter line-of-sight, med en antenne på størrelse med et spillekort, er en skør idé.

Når vi er i den afdeling, hvad så med det her: https://citylabs.net/products/

Her får man da trods alt mellem 25 og 100 uW kontinuerligt over 20 år. Og så leveres det i en LCC44 pakning (det er 17x17 mm).

Hvilke affaldscontainer man efter 20 år skal smide det udbrændte batteri i, har producenten vist ikke lige bekymret sig om - men det er næppe småt brændbart. Man kan vist ikke aflevere atomaffald på danske genbrugsstationer.

  • 9
  • 0

RFID kan læse passive enheder op til 12 meter væk, så det lyder næsten som det samme princip som med 5G.

Bare fordi man har taget batteriet ud af sin telefon, kan man stadig overvåges elektronisk på afstand.

  • 1
  • 4

At kunne holde liv i en sensor i dvaletilstand med 5µW betyder jo ikke at man kan drive den i aktiv tilstand, hvor den måske bruger 50µW, endsige transmittere resultatet tilbage til en hub af en art. Så vi må nok vente på at der kan transmitteres højere effekter eller på at sensorerne bliver mere effektive før der er et reelt potentiale at udnytte.

  • 5
  • 0

At kunne holde liv i en sensor i dvaletilstand med 5µW betyder jo ikke at man kan drive den i aktiv tilstand

Helt enig. Energi høst fra et i forvejen meget svagt radiosignal giver ikke ret meget mening. Der er langt mere energi at hente i omgivelserne. Vi hart jo i årtier haft solceller på vores lommeregnere, og de har forsynet med rigelig effekt selv i ganske dunkle omgivelser. I helt mørke omgivelser kan man høste fra mekanisk bevlægelse - hvis udstyret f.eks. sidder i en bil eller på en maskine, og man kan hente termisk energi hvis man har en kold væg eller et klodt (eller varmt) vandrør at opnå temperaturforskel til.

  • 7
  • 0

Helt enig. Energi høst fra et i forvejen meget svagt radiosignal giver ikke ret meget mening. Der er langt mere energi at hente i omgivelserne. Vi hart jo i årtier haft solceller på vores lommeregnere, og de har forsynet med rigelig effekt selv i ganske dunkle omgivelser. I helt mørke omgivelser kan man høste fra mekanisk bevlægelse - hvis udstyret f.eks. sidder i en bil eller på en maskine, og man kan hente termisk energi hvis man har en kold væg eller et klodt (eller varmt) vandrør at opnå temperaturforskel til.

Sensorer behøver ikke meget energi - og ofte, kan et enkelt batteri levere strømmen i 20 år. Mine trådløse røgalarmer holder ca. 10 år, på det indbyggede batteri. Så det giver ikke mening at overføre energi trådløs, eller at bruge solceller - de skal alligevel udskiftes efter 10 år. Mange typer elektronik kan laves med et meget lille energiforbrug - også trådløs teknologi. Det, som mest er problemet er de protokoller som anvendes til RF. Typisk, så er de designet til at æde enhver processorpower og energi de kan komme i nærheden af, selvom der ikke overføres en eneste bit. Ved en god protokol afhænger energiforbruget derimod af antallet af bits der overføres, og overføres meget få bits per sekund, f.eks. et interrupt signal der vækker en telefon så den kan modtage en besked eller et opkald, det koster utroligt lidt energi. Og, at overføre få bits, f.eks. SMS'er kræver hellerikke energi. En telefon, der kun vil skulle ringe, modtage SMS og sende SMS, vil nemt kunne fungere over 10 år på en AA celle, hvis telefonprotokollerne ikke var lavet til at æde strøm, når der ingen bit transmitteres. Stort set alt trådløs elektronik, er udviklet til at gøre batterierne flade.

Det er ikke nyt at føde sensorer med trådløs energi. Russerne brugte det for mange år siden i deres trådløse mikrofoner. Ved at sende en kraftig radiobølge mod sensoren, vil den reflektere radiobølger afhængigt af hvad der blev sagt i rummet på en højere frekvens. Mange materialer har egenskaber, så de er i stand til at modulere RF bølger på en anden frekvens, hvis de udsættes for f.eks. tryk eller lyd. Og det kan gøres helt uden elektronik. Russerne kunne lave mikrofoner i stort set hvadsomhelst. Som eksempel, kunne et søm være en skjult mikrofon, helt uden elektronik.

  • 0
  • 3

Re: At kunne holde liv i en

At kunne holde liv i en sensor i dvaletilstand med 5µW betyder jo ikke at man kan drive den i aktiv tilstand

Helt enig. Energi høst fra et i forvejen meget svagt radiosignal giver ikke ret meget mening. Der er langt mere energi at hente i omgivelserne. Vi hart jo i årtier haft solceller på vores lommeregnere, og de har forsynet med rigelig effekt selv i ganske dunkle omgivelser. I helt mørke omgivelser kan man høste fra mekanisk bevlægelse - hvis udstyret f.eks. sidder i en bil eller på en maskine, og man kan hente termisk energi hvis man har en kold væg eller et klodt (eller varmt) vandrør at opnå temperaturforskel til.

Det kommer lidt an på, hvordan at man fortolker 5µW i dvale.

Definationen på dvale, alarm, aktiv, følger altid brugervejledningens defination. Det vil sige, at det altid er middelstrømforbruget i den tilstand, som beskrives i manualen, som der angives forbruget for.

At et forbrug teknisk set går op og ned, fordi at at en sensor har meget lav samplerate, er ikke noget som afspejler det forbrug der angives overfor kunden. Det er således ikke sådan, at når en sensor er tændt, at der så er et aktivt forbrug, og når sensoren er slukket, er dvale. Man angiver ikke forbruget ved en lav samplerate, som henholdsvis aktiv og dvale, når der er lav samplerate.

Det er tilstandene der står beskrevet i manualen, som henholdsvis dvale/aktiv/alarm, der bestemmer tilstanden for produktet. Normalt, vil et produkt godt kunne tænde/slukke internt under dvale i meget kort tid, for at finde ud af, om der er noget som skal tænde produktet af sig selv (altså der optages en sample).

Typisk, så vil der ved dvale funktionen være en lav samplerate, og det er middelforbruget som angives, der inkluderer at der sker en intern tænd/sluk for sensoren. Ved aktiv funktionen, vil der være en høj samplerate, og igen er det middelforbruget man angiver, ved denne højere samplerate. Ved alarm, er det forbruget under selve alarmen som angives, og igen er det altid middelforbrug som angives.

  • 0
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten