I ricercatori di Princeton hanno trovato un modo economico e a basso consumo per consentire a un gran numero di dispositivi, come le macchinari nelle fabbriche e le attrezzature nei laboratori, di condividere informazioni in modo efficiente utilizzando segnali ad alte frequenze inutilizzate.
Presto dispositivi come le macchine nelle fabbriche e le attrezzature nei laboratori potrebbero essere in grado di condividere informazioni in modo efficiente utilizzando segnali ad alte frequenze inutilizzate. Un team di ricercatori di Princeton, Rice University e Brown University hanno sviluppato una tecnologia che consente di monitorare i contesti industriali in tempo reale e in modo efficiente e a basso costo, eliminando la necessità di trasmettitori di segnale ad alto consumo energetico. Con alcuni miglioramenti ingegneristici, la tecnologia potrebbe essere utilizzata per applicazioni su larga scala come città intelligenti e agricoltura.
La tecnologia è una versione avanzata di un dispositivo che trasmette dati in un sistema wireless, comunemente noto come tag. Il nuovo tag può supportare la trasmissione di dati per una vasta rete di dispositivi utilizzando una tecnica chiamata backscattering, in cui un lettore centrale invia un segnale a un tag sensore per raccogliere informazioni e il tag riflette questo segnale ambientale direttamente al lettore. Il backscattering è già utilizzato in sistemi semplici come i pagamenti intelligenti, ma a bassa frequenza, quindi con pochi dispositivi e velocità di comunicazione lenta.
Il nuovo tag può utilizzare il backscattering nella gamma sub-terahertz, una porzione ad alta frequenza dello spettro radio. Questa gamma può supportare la trasmissione di dati ad alta velocità su ampie larghezze di banda. Lo sviluppo significa che potrebbe alimentare la trasmissione del segnale per reti dense di dispositivi utilizzando tag passivi, risparmiando notevolmente energia e infrastruttura rispetto ai sistemi wireless convenzionali.
Utilizzare il backscattering a frequenze più elevate è impegnativo perché i segnali sono più suscettibili allo sbiadimento durante la propagazione e devono essere molto precisi per percorrere lunghe distanze. “Il lettore deve formare un raggio stretto a forma di matita per illuminare la posizione precisa del tag e il tag a bassa potenza dovrebbe fare lo stesso senza consumare energia. Questa è la vera sfida” spiega il ricercatore dell’Università di Princeton Yasaman Ghasempour.
Superare le limitazioni
Per affrontare le limitazioni, i ricercatori hanno ideato una struttura di antenna completamente nuova. Le nuove antenne consentono alla direzione del segnale di cambiare automaticamente in risposta ai cambiamenti di frequenza. In questo modo, il tag può orientare il segnale per consentire comunicazioni a lungo raggio ed evitare interferenze da altri segnali. In altre parole, l’impronta di interferenza di ciascun tag è limitata nei domini spaziali e spettrali.
Il team spera che altri ricercatori trovino miglioramenti ingegneristici per applicazioni avanzate. Implementando un modo per amplificare i segnali nel sistema a costi bassi, per esempio, la tecnologia potrebbe alimentare reti di sensori in tutte le città per monitorare la qualità dell’aria o il flusso del traffico. I tag potrebbero essere posizionati sui segnali stradali per essere rilevati dalle auto a guida autonoma, poiché possono usare onde radio per trasmettere messaggi come “stop” o “cedere il passo” anche quando la visibilità è bloccata da nebbia o neve. In agricoltura, la tecnologia potrebbe aiutare a creare reti estese di sensori del suolo attraverso campi o foreste, fornendo dati in tempo reale sui livelli di umidità o sulla temperatura. Secondo i ricercatori, lo sviluppo di modulatori di dati a bassa potenza in questo tipo di sistemi è un’area di ricerca attiva e che questa innovazione è un passo avanti verso la riduzione dei costi e del consumo energetico per l’intero sistema wireless.
