Première démonstration d'une caméra de surveillance alimentée par des diffusions Wi-Fi ordinaires

L'un des obstacles les plus importants au déploiement de capteurs, de caméras et de communicateurs est la question de l'alimentation. La tâche d'installer une caméra de sécurité sur un mur extérieur ou un capteur de température dans un grenier se heurte immédiatement à la question de savoir comment faire passer un câble d'alimentation à l'appareil ou faire en sorte que les piles soient remplacées régulièrement.

Ensuite, il y a l'Internet des objets, l'idée que presque chaque objet pourrait être équipé d'une puce qui diffuse des données telles que son emplacement, s'il est plein ou vide ou si un autre paramètre tel que la température ou la pression est dangereusement élevé ou bas.

On attend de grandes choses de l'Internet des objets, mais seulement si les ingénieurs peuvent résoudre une question potentiellement cruciale : comment alimenter ces nombreuses petites machines.

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse grâce au travail de Vamsi Talla et de ses amis de l'Université de Washington à Seattle. Ces gars-là ont développé un moyen de diffuser de l'énergie vers des appareils distants en utilisant une technologie existante que beaucoup de gens ont déjà dans leur salon : le Wi-Fi ordinaire. Ils appellent leur nouvelle approche power over Wi-Fi ou PoWi-Fi.

L'idée est simple dans son concept. Les émissions de radio Wi-Fi sont une forme d'énergie qu'une simple antenne peut capter. Jusqu'à présent, les récepteurs Wi-Fi ont tous été conçus pour récolter les informations que véhiculent ces émissions.

Mais Talla et co soulignent qu'il n'y a aucune raison pour que l'énergie ne soit pas également récoltée. La question est de savoir combien peut être collecté de cette manière. Et c'est là que réside le défi.

L'approche de l'équipe de l'Université de Washington à cet égard est d'une simplicité rafraîchissante. Ils connectent simplement une antenne à un capteur de température, la placent à proximité d'un routeur Wi-Fi et mesurent les tensions résultantes dans l'appareil et pendant combien de temps il peut fonctionner sur cette seule source d'alimentation à distance.

La réponse simple est que la tension aux bornes du capteur n'est jamais assez élevée pour franchir le seuil de fonctionnement d'environ 300 millivolts. Cependant, il s'en rapproche souvent.

Mais un examen plus approfondi des données rend la lecture intéressante. Le problème est que les diffusions Wi-Fi ne sont pas continues. Les routeurs ont tendance à diffuser sur un seul canal en rafales. Cela fournit suffisamment de puissance pour le capteur mais dès que la diffusion s'arrête, les tensions chutent. Le résultat est qu'en moyenne, le capteur n'a pas assez de jus pour fonctionner.

Cela a donné une idée à Talla et à ses amis. Pourquoi ne pas programmer le routeur pour diffuser du bruit lorsqu'il ne diffuse pas d'informations et utiliser des canaux Wi-Fi adjacents pour le transporter afin qu'il n'interfère pas avec les débits de données.

Et c'est exactement ce qu'ils ont fait. Pour ce faire, ils ont besoin des entrailles électroniques de trois routeurs, un pour chacune des chaînes sur lesquelles ils ont l'intention de diffuser. (Les diffusions Wi-Fi peuvent être diffusées sur l'un des 11 canaux qui se chevauchent dans une bande de 72 MHz centrée sur la fréquence de 2,4 GHz. Cela permet de diffuser simultanément trois canaux qui ne se chevauchent pas.)

Talla et co utilisent trois chipsets Atheros AR9580, une électronique standard pour les routeurs Wi-Fi. Cependant, ils programment ces appareils pour qu'ils diffusent de manière à fournir une alimentation continue à un capteur de récupération d'énergie.

Ensuite, ils mesurent les tensions résultantes dans leur capteur de température et déterminent combien de temps il peut fonctionner à différentes distances du routeur modifié.

Les résultats sont impressionnants. Il s'avère que le capteur de température peut fonctionner à des distances allant jusqu'à environ six mètres du routeur et en ajoutant une batterie rechargeable au mélange, Talla et co ont pu augmenter cela à environ neuf mètres.

Plus ambitieux encore, ils ont également connecté une caméra à leur antenne. Il s'agissait d'un capteur VGA Omnivision basse consommation capable de produire des images en noir et blanc de 174 x 144 pixels, ce qui nécessite 10,4 milliJoules d'énergie par image.

Pour stocker l'énergie, ils ont attaché un condensateur à faible fuite à la caméra, qui s'active lorsque le condensateur est chargé à 3,1 V et continue de fonctionner jusqu'à ce que la tension chute à 2,4 volts. Les images ont été stockées dans une mémoire vive ferroélectrique non volatile de 64 Ko.

Lors des tests ultérieurs, la caméra s'est remarquablement bien comportée. La caméra sans batterie peut fonctionner jusqu'à [environ cinq mètres] du routeur, avec une capture d'image toutes les 35 minutes, disent Talla and co. En ajoutant une batterie rechargeable, ils ont augmenté cela à sept mètres. Le routeur pourrait même alimenter la caméra à travers un mur de briques, démontrant qu'il serait possible de fixer l'appareil à l'extérieur tout en gardant l'alimentation à l'intérieur.

C'est quelque chose qui serait extrêmement utile pour la surveillance, peut-être connecté à un capteur de mouvement pour déclencher la caméra lorsque quelque chose bouge dans son champ de vision.

Juste pour montrer, l'équipe a également connecté son antenne à un tracker de fitness Jawbone et l'a utilisée pour recharger la pâte à monnaie qui l'alimentait. En utilisant cela, nous chargeons un appareil Jawbone UP24 à proximité du routeur PoWi-Fi d'un état sans charge à un état chargé à 41 % en 2,5 heures, disent-ils.

Ce type de performances soulève cependant des questions importantes, notamment la manière dont les émissions Wi-Fi supplémentaires pourraient interférer avec les débits de données. Pour le savoir, Talla and co a équipé six foyers d'une zone métropolitaine de ces appareils, puis a surveillé l'impact sur les utilisateurs.

Cet impact a été minime, dit Talla and co. Quatre des utilisateurs n'ont perçu aucune différence dans l'expérience utilisateur et un utilisateur a déclaré que son expérience en ligne s'était en fait améliorée. Talla et co disent que c'est parce que leur routeur modifié a remplacé un routeur de qualité particulièrement médiocre. L'utilisateur final a signalé une légère détérioration de son expérience de visionnage sur YouTube, ce qui, selon Talla et ses collègues, était probablement dû à des interférences avec d'autres appareils.

Ces résultats seront rassurants mais seulement pour certains utilisateurs. Talla et co ne font aucune mention de l'impact de leurs nouveaux routeurs sur les vitesses de téléchargement des autres routeurs à proximité, par exemple, ceux utilisés par les voisins d'à côté.

La question importante sans réponse est la suivante : comment ces routeurs interfèrent-ils avec d'autres signaux ? Avoir un routeur à côté qui émet des signaux sur trois canaux Wi-Fi n'est peut-être pas l'idée que tout le monde se fait du comportement de voisinage.

Il convient toutefois de souligner que si ce type d'interférence s'avère être un problème pour les routeurs actuels, c'est un problème qui pourrait être résolu dans les générations futures.

C'est pourquoi cela ne devrait pas nuire à l'extraordinaire potentiel du PoWi-Fi. La capacité de fournir de l'énergie sans fil à une large gamme d'appareils et de capteurs autonomes est extrêmement importante. Mais la véritable cerise sur le gâteau ici est la possibilité de le faire avec une technologie ordinaire qui est couramment disponible dans tout le monde développé et au-delà. En tant que tel, PoWi-Fi pourrait être la technologie habilitante qui donne enfin vie à l'Internet des objets.

Réf : arxiv.org/abs/1505.06815 : Alimenter le prochain milliard d'appareils avec le Wi-Fi

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