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Stromsparende Drahtlosübertragung für smarte Sensoren

Ultraschallwecker für IoT-Devices

| Autor / Redakteur: Dirk Srocke / Andreas Donner

Die Forscher demonstrieren Wake-up Receiver und Testboards.
Die Forscher demonstrieren Wake-up Receiver und Testboards. (Bild: Arbabian Lab)

Forscher der Stanford University in Kalifornien haben einen Wake-up Receiver vorgestellt, der den Strombedarf von IoT-Devices deutlich senken soll. In einer Demo benötigte die auf Ultraschall basierende Lösung lediglich acht Nanowatt, um Daten drahtlos zu empfangen.

Die Energieeffizienz einzelner Geräte ist ein Knackpunkt beim Internet der Dinge (IoT). Selbst wenn Systeme nur sporadisch Daten erheben, müssen sie dauerhaft oder periodisch aktiv sein, um mögliche Steuerbefehle entgegenzunehmen. Diese Aufgabe könnte künftig ein besonders effizienter Wake-up Receiver für Ultraschallsignale übernehmen, der jetzt von Forschern des Arbabian Lab der Stanford University vorgestellt wurde.

Der von Juniorprofessor für Elektrotechnik Amin Arbabian und Aufbaustudenten Angad Rekhi entwickelte Wake-up Receiver lauscht dabei auf Ultraschallsignale und weckt die eigentlichen IoT-Devices erst bei Bedarf auf. Dabei soll der Receiver selbst kaum Leistung benötigen – in einer Demo haben die Forscher ihr Bauteil mit lediglich acht Nanowatt betreiben können; weitere Optimierungen sind geplant. Der von den Forschern genutzte Signalumformer (Transducer) wurde vom Khuri-Yakub Lab in Stanford bereitgestellt.

Die Reichweite des Receivers geben die Forscher mit 25 bis 44 Metern an – der genaue Wert hänge dabei auch vom Sender ab. Dessen Design sei allerdings leichter zu gestalten, da der Transmitter in der Regel auf unbegrenzte Stromressourcen zugreifen kann.

Mögliche Interferenzen sollen einerseits über schmalbandige Empfänger reduziert werden, die lediglich für den Bruchteil eines Kilohertzbereiches empfindlich sind. Überdies werden Daten mit spezifischen Signaturen moduliert, die sich vom übrigen Hintergrundrauschen unterscheiden. Sind Störer bekannt, lasse sich das System überdies entsprechend auf diese abstimmen.

Mit ihrer Lösung bauen die Forscher des Arbabian Lab auf Arbeiten zum „ant-sized radio“ auf – einem winzigen Chip der drahtlos mit Strom versorgt wird und über Radiowellen kommuniziert. Im Gegensatz dazu benötige die jetzt gezeigte Ultraschalllösung zwar eine eigene Batterie, könne dafür aber weitere Distanzen überbrücken.

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