Обычная электропроводка работает как маломощный приемник

Если бы у этих стен были уши, то они могли бы рассказать своему хозяину некоторые интересные вещи. Например о том, что в подвале капает вода, или поведать о том, где открыто окно, через которое теплый воздух уходит зимой. У стен действительно теперь есть уши, благодаря устройству, которое использует электропроводку дома в качестве гигантской антенны.

Датчики, разработанные исследователями в университете Вашингтона и Технологическом институте штата Джорджия, используют электропроводку чтобы самостоятельно передавать информацию с помощью беспроводных датчиков, которые работают десятилетиями на одной единственной батарейке  от часов. Технология, которая может использоваться для автоматизации работы дома или в медицинском контроле, будет представлена в этом месяце на Конференции по вычислительным технологиям в датском Копенгагене.

Доступные по цене датчики ведут учет температуры здания, влажности, уровня света и качества воздуха. Они являются частью концепции умного, энергосберегающего дома и автоматически приспосабливаются к его среде. Эта концепция вскоре может стать реальностью.
"Если Вы посмотрите на системы домашней автоматизации в общем, то увидите, что в действительности, они до сих пор не сильно развиты", -  говорит научный руководитель Шветэк Патель, доцент информатики и электротехники в Университете Вашингтона. "Существующие технология - все еще далеки от реальной энергоэффективности и не столь просты в установке как бы мы этого хотели".

Это в значительной степени происходит потому что сегодняшние беспроводные устройства передают сигнал только на расстояние в несколько футов или расходуют настолько много энергии, что нуждаются в частых заменах батареи. "Настоящая же технология является настоящим прорывом, так как устройство  уже имеет встроенную батарею, которая может прослужить Вам много лет", -  говорит Патель. Пользователи могут легко установить десятки датчиков по всему дому, даже внутри стен или в труднодоступных местах, таких как чердаки или подвалы.

Команда Пателя разработала способ использовать медную электропроводку в качестве гигантской антенны для получения беспроводных сигналов на определенной частоте. Маломощный датчик, размещенный в 3-4 метрах электропроводки, может использовать антенну, чтобы послать данные на  единственную базовую станцию, включенную в любом месте дома.

Устройство получило название "Sensor Nodes Utilizing Powerline Infrastructure", или SNUPI. Это произошло, когда Патель и соавтор Эрих Штунтебек были докторантами в Технологическом институте Джорджии и работали с научным руководителем Грегори Абоудом над разработкой метода  использования электропроводки для получения беспроводных сигналов в доме. Они обнаружили, что домашняя проводка - удивительно эффективная антенна с частотой 27 мегагерц. С тех пор, команда Пателя в Университете Вашингтона создала реальные датчики и усовершенствовала этот метод. Другие соавторы этого проекта - Гэйб Кон (Университет Вашингтона), Джегдиш Пэнди и Брайан Отис.

Кон, докторант по электротехнике в Университете Вашингтона, был ведущим студентом-исследователем и проверил систему. В доме площадью 278 квадратных метров он испытал пять различных местоположений в каждой комнате и нашел, что только 5 процентов дома оказались вне диапазона системы, по сравнению с 23 процентами при использовании беспроводных коммуникаций при том же самом уровне мощности. Кон также обнаружил некоторые удивительные вещи: датчики могут работать вблизи ванных комнат, потому что провод заземления, как правило, привязывается к медным водопроводным трубам таким образом, что сетевой шнур включенный  в розетку действует как часть антенны, и наружная проводка может расширить диапазон датчиков за пределы дома.

В то время для традиционных беспроводных систем затруднительно посылать сигналы сквозь стены, эта система, фактически, работает лучше именно в окружении стен, в которые встроена электропроводка. Что самое интересное - это то, что SNUPI использует менее 1 процента энергии для передачи данных по сравнению с наиболее эффективными аналогами. "Существующие узлы работали на пределе своих мощностей, поглощая  более  90 процентов энергии при использовании беспроводной радиосвязи", - говорит Кон. "Больше энергии нами было потрачено на расчеты и вычисления. В итоге мы добились минимального для радиосвязи расхода энергии".

Существующий опытный образец, сделанный в Университете Вашингтона, использует обычную электронику и потребляет менее 1 милливатта энергии, передавая, то есть менее 10 процентов, требуемых для коммуникаций дома. В зависимости от местоположения датчика, устройство может непрерывно раотать в течение 50 лет, то есть на 40 лет дольше чем срок годности его батареи. "По существу, батарея начнет разлагаться прежде, чем она исчерпает лимит своей энергии", - сказал Патель.

При проектировании устройств с такими значительными сроками службы разумно было бы рассмотреть использование более дорогостоящих медицинских батарей, имеющих более длинный срок годности. Команда также надеется еще больше уменьшить расход энергии с тем, чтобы в будущем вообще обходиться без батарей. Они говорят, что уже разрабатывают технологии, которые позволили бы генерировать достаточное количество энергии из солнечного света или движений тела человека. В настоящее время исследователи готовят основную технологию к серийному производству, что, как они думают, позволит использовать ее в качестве платформы для множества сенсорных систем.

Другое возможное применение - в здравоохранении. Системы медицинского  контроля нуждаются в компактном устройстве, которое может измерять пульс, кровяное давление и т.п. и передавать информацию обратно в центральную базу данных, не требуя от пациентов замены батарей.

Технология не вмешивается в общий поток электричества или в другие системы, использующие электропроводку для передачи Ethernet сигналов между устройствами включенными в две розетки.

Источник: Sciencedaily