Ultraschall weckt kleine elektronische Geräte in IoT-Netzwerken auf

14. Februar 2018, 14:38 Uhr
Amin Arbabian, Professor für Elektrotechnik (rechts) und Doktorand Angad Rekhi demonstrieren ihren Ultraschall-Wake-up-Empfänger.
Amin Arbabian, Professor für Elektrotechnik (rechts) und Doktorand Angad Rekhi demonstrieren ihren Ultraschall-Wake-up-Empfänger.
Ein deaktiviertes Gerät verbraucht zwar keine Energie, funktioniert aber auch nicht. Jetzt kann ein energieeffizientes System, das sich immer in Alarmbereitschaft befindet, bei Bedarf Geräte einschalten. Dies spart beispielsweise in einem IoT-Netzwerk Energie für die Anwendungen.

Wie Smartphone-Nutzer nur zu gut wissen, kann auch der Schlafmodus das Leben aus einer Batterie saugen. Um die Lebensdauer von Batterien von drahtlosen Geräten zu erhöhen, werden Wake-up-Empfänger eingesetzt, die ein Gerät zu einem gegebenen Zeitpunkt ein- oder ausschalten.

Forscher des Arbabian-Lab der Stanford University haben eine Wake-up-Schaltung entwickelt, die ein Gerät einschaltet, wenn sie ein Ultraschallsignal empfängt. Durch die signifikant kleinere Wellenlänge und den Wechsel von Radiowellen auf Ultraschall wird dieser Empfänger viel kleiner als ähnliche Wake-up-Empfänger, die auf Radiosignale reagieren. Zudem benötigt der Empfänger eine extrem niedrige Leistung und deckt dennoch einen größeren Bereich ab.

Sobald er an ein Gerät angeschlossen ist, lauscht der Wake-up-Empfänger auf ein eindeutiges Muster im Ultraschallbereich, das anzeigt, dass ein Gerät angeschaltet werden soll. Er benötigt dazu nur eine sehr geringe Energiemenge und erzielt dennoch eine höhere Reichweite.

Um den Wake-up-Empfänger zu miniaturisieren und den Stromverbrauch zu reduzieren, setzen die Forscher hochempfindliche Ultraschallwandler ein, die analoge Akustiksignale in elektrische Signale umwandeln. Diese Systeme können zum Beispiel eine Wake-up-Aktion detektieren, die eine Signalleistung von nur 1 nW besitzt.

Nach Ansicht der Entwickler hat der Wake-up-Empfänger viele potentielle Anwendungen, insbesondere bei Netzwerkgeräten der nächsten Generation, die ohne menschliches Zutun direkt miteinander kommunizieren können.
 
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