Batteriets livslängd är en viktig fråga i bärbara enheter. Helst de ska alltid vara redo att ta emot styrsignaler utan att förbruka mycket ström. Forskare vid ETH Zürich har nu utvecklat en nolleffektsmottagare för touchkommunikation som hämtar sin energi direkt från signalen.

Att alltid ha elektroniska prylar redo att fungera på vårt kommando kostar. Enligt vissa uppskattningar, strömförbrukningen för TV-apparater, DVD-spelare, tvättmaskiner och andra apparater i standby-läge står för upp till en fjärdedel av den totala elenergin som används i ett genomsnittligt hushåll. Även om det verkligen är ett bedrövligt slöseri, problemet blir ännu mer avgörande för batteridrivna enheter, speciellt den nya generationen som tillhör "Internet of Things", och bärbara enheter som träningsspårare eller hälsomonitorer.

Vi vill att de ständigt ska vara redo att ta emot input, men det betyder att de kontinuerligt kommer att förbruka ström, och batterierna laddas ur snabbt. Också, radiosända styrsignaler orsakar problem när det gäller integritet och säkerhet. Michele Magno, en forskare vid institutionen för informationsteknologi och elektroteknik vid ETH Zürich, har nu hittat ett smart sätt att ta itu med dessa frågor.

Inspiration från Disney

"Tricket ligger i att skörda den nödvändiga energin för att ta emot ett väckningskommando direkt från sändaren genom en beröring", förklarar Magno, som har arbetat med väckningsradio och teknik för energiskörd i många år. Idén till den nya enheten kom från ett slumpmässigt möte med forskare vid Disney Research Lab i Zürich, som var intresserade av en beröringsaktiverad switch att implantera i sina leksaker. "De hade ett tillvägagångssätt som involverade en mottagare som skulle tömma batterierna på några timmar, så till slut blev det inget av det samarbetet", Magno säger, men tillägger:"Ändå, min nyfikenhet väcktes, och jag trodde verkligen att mottagaren bara kunde bli framgångsrik om den behövde noll ström. Så, Jag började arbeta på en prototyp av enheten som jag hade i åtanke på min fritid, och senare med hjälp av mina masterstudenter Philipp Mayer och Raphael Strebel."

Energiskörd genom "beröring"

Sålänge, Magnos idé har lämnats in som patent till Europeiska patentverket. Dess princip är enkel men utmanande:mottagaren, som inte har ett eget batteri, fångar upp signaler på en elektrod när den "berörs" av en människokropp. För att få mottagaren att vakna, innan sändaren skickar den faktiska kommandosignalen – en modulerad elektromagnetisk våg med en frekvens på några megahertz – lägger sändaren till en "inledning" som varar några millisekunder och som inte innehåller information. Energin som absorberas av mottagaren under den tiden lagras i en kondensator, som fungerar som en strömkälla för att ta emot och avkoda den faktiska styrsignalen som följer. Andra strömkrävande enheter i viloläge kan sedan väckas av mottagaren förutsatt att rätt identifiering mottagits.

"På det här sättet, vi har en äkta nolleffektmottagare som kan användas på en mängd olika sätt", Magno förklarar, "som peksensorer på din bil som känner igen dig och öppnar dörrarna åt dig". Detta kan vara mycket säkrare än nuvarande radiovågsbaserade tekniker som RFID, som sänder sina signaler över ett avstånd och kan, därför, bli hackad. Ett annat intressant område är kommunikation inom kroppen, i vilka bärbara enheter placeras, till exempel, på en persons båda armar, kommunicera med varandra, eller utbyte av handslagsinformation mellan två användare. Magno och hans kollegor har visat att deras prototypmottagare har en räckvidd på kroppen på mer än 1,7 meter, möjliggör kommunikation mellan bärarens handled och någon annan del av deras kropp.

Idealiska förhållanden på ETH

När Michele Magno talar om sitt senaste verk, hans entusiasm är påtaglig, och han har ambitiösa planer för framtiden. Med hjälp av ETHs transferkontor planerar han att skapa nystartade företag som kommer att utveckla hans prototyp till kommersiella enheter för applikationer som sträcker sig från touchkommunikation till övervakning av tåg. För att komma till den punkt där han är nu – involverad i ett tiotal olika forskningsprojekt med mer än ett dussin doktorander. och masterstudenter såväl som post-docs – han har kommit långt från sin alma mater i Bologna, där han tog sin doktorsexamen. år 2010.

Efter en kort tid vid ETH Zürich under sina doktorandstudier, han arbetade som postdoktor i Irland och Frankrike under några år, att så småningom tacka nej till jobberbjudanden som biträdande professor till förmån för en post-doc-tjänst vid ETH i gruppen av Luca Benini vid Integrated Systems Laboratory (IIS), som nyligen övergick till en fast tjänst. Skälet till det valet var enkelt, han säger:"Vad jag kan göra i min nuvarande position på ETH, Jag skulle inte kunna göra som professor någon annanstans i Europa – förutsättningarna här är helt enkelt idealiska."

Fortfarande, hans band med universitetet i Bologna är starka, vilket också återspeglas i hans position som forskare där, handleda en grupp studenter som mycket framgångsrikt deltar i innovationstävlingar sponsrade av teknikföretag. När han inte är upptagen i labbet med att uppfinna nya enheter, han umgås med sin familj:sin franska fru, som han träffade på Irland, och hans unga tvillingdöttrar. Och vem vet, kanske en dag kommer deras leksaker att innehålla nolleffektmottagarna som pappa uppfann.