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Capteurs sans piles
Certains technologues pensent qu'à l'avenir, des ordinateurs apparemment invisibles seront intégrés partout, collectant des données sur l'environnement et les rendant utiles aux décideurs. Une façon de réaliser ce type d'informatique omniprésente consiste à disperser de minuscules capteurs qui mesurent, par exemple, la lumière, la température ou le mouvement.
Mais sans une source d'alimentation permanente, ces capteurs auraient besoin de remplacer leurs batteries tous les quelques mois. En d'autres termes, des capteurs omniprésents pourraient également signifier des batteries mortes omniprésentes, explique Josh Smith, chercheur à Recherche Intel à Seattle.
Smith et son équipe s'attaquent à ce problème non pas en travaillant sur des batteries plus durables, mais en essayant d'éliminer complètement le besoin de batteries. Au lieu de cela, leurs prototypes de dispositifs utilisent la même technique de récupération d'énergie utilisée par les étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) sans batterie.
Le concept de jeter la pile du capteur n'est pas nouveau. Des chercheurs ont proposé de capter l'énergie des vibrations environnementales ou de la lumière ambiante pour alimenter un capteur (voir Free Electricity from Nano Generators ). Mais il n'est pas clair si la technologie qui capte l'énergie ambiante peut être intégrée à moindre coût dans un dispositif de détection.
En revanche, la technologie utilisée dans les étiquettes RFID, qui transmettent quelques bits d'information lorsqu'elles sont scannées par un lecteur RFID, est suffisamment bon marché pour s'intégrer dans des capteurs et être produite en série ; ils sont déjà largement utilisés pour suivre le bétail et les marchandises, ainsi que les voitures passant par les voies de passage faciles sur les autoroutes.
Smith explique que les capteurs d'Intel utilisent des composants du commerce : une antenne pour envoyer et recevoir des données et collecter de l'énergie à partir d'un lecteur, et un microcontrôleur contenant des capteurs – un petit ordinateur qui ne nécessite que quelques centaines de microwatts de puissance pour collecter et données de processus.
L'antenne récupère cette puissance directement à partir des ondes radio émises par un lecteur RFID. Lorsqu'une étiquette se trouve à portée d'un lecteur, le signal radio du lecteur passe à travers l'antenne, générant une tension qui active l'étiquette. L'étiquette est alors capable d'envoyer des informations au lecteur via un processus appelé rétrodiffusion, dans lequel l'antenne reflète essentiellement une variation codée des données du signal radio reçu.
Le microcontrôleur que l'équipe de Smith a ajouté à l'antenne RFID comprend un microprocesseur 16 bits, 8 kilo-octets de stockage flash et 256 octets de mémoire vive.
L'une des tâches principales du microcontrôleur est de s'assurer que les informations sont transmises au lecteur sans erreur, ce qui nécessite plus de calculs qu'une étiquette RFID conventionnelle ne peut en gérer. Dans une étiquette typique, les informations de contrôle d'erreur sont précalculées et stockées sur la puce ; mais pour un capteur, dit Smith, ces informations doivent être calculées en temps réel au fur et à mesure que les données sont collectées.
Tout comme les étiquettes RFID, les capteurs sans batterie ne s'allument que lorsqu'ils rencontrent un lecteur. Tant que le lecteur RFID est à portée de l'appareil, dit Smith, il peut collecter des données et les envoyer au lecteur.
Les capteurs sans batterie pourraient être utiles dans de nombreux domaines, y compris la médecine, déclare Zeke Mejia, directeur de la technologie de Digital Angel, un fabricant d'étiquettes RFID basé à Saint-Paul. Ils pourraient vérifier l'état et certaines conditions dans le corps à tout moment, dit Mejia, des niveaux de glucose chez les personnes atteintes de diabète au pH du sang et d'autres fluides corporels.
Dans leur forme actuelle, les capteurs d'Intel doivent se trouver à environ un mètre d'un lecteur pour être activés. C'est plus proche que ce qui serait idéal pour certaines applications, telles que la mesure de la température des aliments emballés dans de grandes caisses ou des vibrations dans des parois épaisses. Le problème est que même si le microcontrôleur n'a besoin que d'un milliwatt de puissance pour fonctionner, il a besoin de trois volts d'électricité pour s'allumer, et le capteur doit se trouver à moins d'un mètre d'un lecteur RFID standard pour générer autant d'énergie. Mais avec des changements mineurs dans la façon dont le microcontrôleur traite les données, dit Smith, le groupe pourrait réduire la tension requise à 1,8 volts, étendant ainsi la portée à environ cinq mètres.
Le dernier prototype de l'équipe intègre un capteur de lumière, un capteur de température et même un capteur d'inclinaison dans un seul appareil sans batterie. Les chercheurs travaillent sur des moyens d'intégrer le microcontrôleur et l'antenne dans une seule puce qui serait plus facile à installer sur le terrain. Entre-temps, ils ont développé une démonstration visuelle de la quantité d'énergie qu'une antenne RFID peut obtenir d'un lecteur : ils l'ont utilisée pour alimenter la trotteuse d'une montre-bracelet.
Il est surprenant pour les gens que cette forme d'énergie invisible - les ondes radio - puisse réellement faire bouger l'aiguille d'une montre, dit Smith. Et un seul tic d'une seconde main, dit Smith, prend à peu près autant d'énergie que l'envoi d'un bit de données à partir de son capteur.