استفاده از شبکه G5 برای تأمین بی‌سیم دستگاه‌های اینترنت اشیا
یکی از اعضای گروه Georgia Tech ATHENA یک نمونه اولیه از دستگاه برداشت موج میلی‌متری چاپ شده با جوهرافشان را در عکس زیر نشان میدهد. محققان آینده‌ای را تصور می‌کنند که در آن، دستگاه‌های اینترنت اشیا به صورت بی‌سیم از طریق شبکه‌های G5 تغذیه شوند.
آنچه در این مقاله می خوانید:
محققان انستیتوی فناوری جورجیا راهی نوآورانه برای استفاده از ظرفیت بیش‌ازحد شبکه G5 کشف کرده‌اند که این شبکه را به یک شبکه برق بی‌سیم برای تأمین انرژی دستگاه اینترنت اشیا (IoT) که تا به امروز با باتری کار می‌کردند تبدیل کرده است.
برداشت موج میلی‌متری را در باند ۲۸ گیگاهرتز برای اولین بار
مخترعین جورجیا، تکنیک انعطاف‌پذیر بر پایه لنز Rotman مبتنی بر آنتن (رِکتنا) را ایجاد کرده‌اند که قادر است برای اولین بار برداشت موج میلی‌متری را در باند ۲۸ گیگا هرتز انجام دهد.
لنز Rotman برای شبکه‌های پرتویی مهم است و اغلب در سیستم‌های نظارت بر رادار برای دیدن اهداف در چند جهت بدون حرکت فیزیکی سیستم آنتن، استفاده می‌شود. اما برای داشتن نیروی کافی برای تأمین دستگاه‌های اینترنت اشیا کم‌مصرف در بازه‌های طولانی، آنتن دهانه بزرگ نیاز است.
مشکل آنتن‌های بزرگ این است که آن‌ها از نظر دید محدود می‌شوند. اگر آنتن از یک ایستگاه پایه G5 ساطع شود، این محدودیت از عملکرد آن‌ها جلوگیری می‌کند. محقق ارشد Aline Eid در آزمایشگاه ATHENA، در دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر جورجیا می‌گوید: ما این مسئله را حل کرده‌ایم که فقط با یک سیستم می‌توانیم از یک جهت نگاه کنیم و آن را برای توسعه فناوری‌های جدید برای کاربردهای الکترومغناطیسی، بی‌سیم، RF، موج میلی‌متری و زیر ترا هرتز به کار ببریم.
بهره‌گیری از توان فرکانس بالا G5
FCC به G5 اجازه داده است تا در مقایسه با نسل‌های قبلی شبکه‌های تلفن همراه، برق را بسیار متراکم‌تر کند. درحالی‌که G5 امروزی برای ارتباط با پهنای باند ساخته شده است، شبکه با فرکانس بالا فرصت غنی برای برداشت انرژی بلااستفاده را دارد که در غیر این صورت هدر می‌رود.
جیمی هستر، مشاور ارشد آزمایشگاه و CTO می‌گوید: با این نوآوری، می‌توانیم یک آنتن بزرگ داشته باشیم که در فرکانس‌های بالاتر کار کند و بتواند از هر جهت نیرو دریافت کند. این جهت اگنوستیک است که باعث می‌شود بسیار عملی‌تر باشد.
یکی از بنیان‌گذاران شرکت فناوری Atheraxon در جورجیا، در حال توسعه فناوری شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) G5 است. با راه‌حل محققان انستیتوی فناوری جورجیا، تمام انرژی الکترومغناطیسی جمع آوری شده توسط آرایه‌های آنتن از یک جهت ترکیب شده و به یک یکسو کننده واحد، تغذیه می‌شود که بازده آن را به حداکثر می‌رساند.
تبدیل شبکه‌های G5 به یک شبکه برق بی‌سیم
محققان آزمایشگاه ATHENA در انستیتوی فناوری جورجیا، در مورد روشی ابتکاری برای استفاده از ظرفیت بیش‌ازحد شبکه‌های G5 تحقیق کرده و آن‌ها را به یک شبکه برق بی‌سیم برای تأمین انرژی دستگاه‌های اینترنت اشیا تبدیل کرده‌اند.
عید می‌گوید: قبلاً سعی کرده‌اند انرژی را با فرکانس‌های بالا مانند ۲۴ یا ۳۵ گیگا هرتز انجام دهند، اما چنین آنتن‌هایی فقط در صورت داشتن دید از ایستگاه پایه G5 کار می‌کنند. تاکنون هیچ راهی برای افزایش زاویه پوشش آن‌ها وجود نداشت. اما لنز Rotman که دقیقاً مانند یک لنز نوری کار می‌کند، شش میدان دید را به صورت هم‌زمان در الگویی به شکل عنکبوت فراهم می‌کند.
تنظیم شکل لنز منجر به ساختاری با یک زاویه انحنا در سمت پرتو تیر و دیگری در سمت آنتن می‌شود. این حالت، ساختار را قادر می‌سازد تا مجموعه‌ای از جهت‌های تابش انتخاب شده را به مجموعه‌ای از درگاه‌های پرتویی ترسیم کند. سپس از لنز به عنوان یک جز میانی بین آنتن‌های گیرنده و یک‌سوسازها برای برداشت انرژی G5 استفاده می‌کند.
این رویکرد جدید، نسبت به معامله بین پوشش زاویه‌ای رکتنا و استارت با ساختاری است که تکنیک‌های ترکیبی فرکانس رادیویی (RF) و جریان مستقیم (DC) منحصربه‌فرد را ادغام می‌کند، در نتیجه یک سیستم با بهره زیاد و پهنای پرتو بزرگ را قادر می‌سازد.
ارتقا عملکرد دستگاه‌های اینترنت اشیا
در آزمایش‌ها، فناوری انستیتوی فناوری جورجیا، در مقایسه با یک نمونه ارجاع شده، درحالی‌که پوشش زاویه‌ای یکسان را حفظ کرده، ۲۱ برابر افزایش یافته است. این سیستم مقاوم ممکن است دریچه‌ای برای RFID جدید منفعل و دوربرد، با موج ۵ میلی‌متر برای برنامه‌های اجرایی و همه‌گیر دستگاه‌های اینترنت اشیا باز کند.
محققان از تولید افزونه داخلی برای چاپ دستگاه‌های برداشت موج میلی‌متری به اندازه نخل بر روی بسیاری از بسترهای انعطاف‌پذیر و سفت‌وسخت روزمره استفاده کرده‌اند. ارائه گزینه‌های چاپ سه بعدی و جوهرافشان، سیستم را برای طیف گسترده‌ای از کاربران، سیستم‌عامل‌ها، فرکانس‌ها و برنامه‌ها، مقرون‌به‌صرفه تر و قابل‌دسترس‌تر می‌کند.
جایگزینی باتری‌ها با شارژ بی‌سیم
امانوئل (مانوس) تنتزریس می‌گوید: واقعیت این است که به زودی G5 در همه جا به ویژه در مناطق شهری وجود خواهد داشت. شما می‌توانید میلیون‌ها یا ده‌ها میلیون سنسورهای باتری بی‌سیم را به ویژه برای شهرهای هوشمند و برنامه‌های کشاورزی هوشمند جایگزین کنید.
تنتزریس پیش‌بینی می‌کند که این قدرتی که به عنوان یک سرویس ارائه می‌شود، برنامه بزرگ بعدی برای صنعت مخابرات باشد، دقیقاً همان‌طور که داده‌ها از خدمات صوتی به عنوان یک تولید کننده عمده درآمد پیشی می‌گیرند.
تیم تحقیقاتی از استقبال شرکت‌های ارائه دهنده خدمات از این فناوری برای تأمین انرژی مورد نیاز دستگاه‌های اینترنت اشیا از طریق هوا و به صورت بی‌سیم و از بین بردن نیاز به باتری ابراز امیدواری کرد. با ظهور شبکه‌های G5، این اتفاق می‌تواند واقعاً امکان‌پذیر باشد و این بسیار هیجان‌انگیز است که ما می‌توانیم از شر باتری‌ها خلاص شویم.
دیدگاه شما درباره این مقاله چیست ؟