Onderzoekers van de TU Delft hebben een bluetooth-protocol ontwikkeld waarmee iot-apparaten, ook als ze tijdelijk zonder stroom zitten, blijven werken. De uitvinding van dat ‘intermittently-powered bluetooth’ draagt de naam FreeBie. Promovendus Jasper de Winkel en Przemysław Pawełczak, universitair hoofddocent Embedded and Networked Systems, zien een toekomst voor zich waarin iot-apparatuur geen batterijen of continue stroom meer nodig heeft.
Het is het tweetal gelukt energiezuinige tweerichting-communicatie via intermittently-powered bluetooth te realiseren. Met intermittent computing kunnen de apparaten essentiële taken foutloos uitvoeren. Dat gebeurt op basis van sporadisch beschikbare – ofwel intermittent – energie die uit de directe omgeving gewonnen wordt. Met de uitvinding FreeBie kan bluetooth, dat één van de meestgebruikte draadloze communicatieprotocollen wereldwijd is, blijven werken, ook als de stroom uitvalt of op raakt.
De onderzoekers melden dat eerdere oplossingen voor batterijloze communicatie alleen eenrichtingsverkeer ondersteunden. Dat komt neer op voldoende energie voor het versturen van data en vervolgens ‘hopen dat iets het signaal oppikt’. De TU Delft-onderzoekers wilden het volledige potentieel van het bluetoothprotocol benutten. Pawelczak: ‘Het belangrijkste is dat dit een tweerichtings-communicatieprotocol is, waardoor het firmware-updates en configuratie op afstand mogelijk maakt.’
Volgens het duo is de wereld hard op weg naar een alomtegenwoordig iot met miljarden apparaten die metingen verrichten, berekeningen uitvoeren en met elkaar communiceren. Ze willen dat deze apparaten geen gebruik maken van batterijen, ‘want die zijn gevaarlijk, lomp en slecht voor het milieu’, stelt De Winkel.
Energieverbruik chip fors lager
De ontwikkelde bluetooth-implementatie FreeBie is volgens de onderzoekers ‘extreem’ energiezuinig. De Winkel: ‘Bij een standaard-implementatie wordt de bluetoothchip in slaapmodus gezet als het iot-apparaat even niet hoeft te communiceren. Door de netwerkstatus exact op te slaan, kunnen wij de chip volledig uitschakelen, waarmee we het energieverbruik tot een factor tien reduceren.’
Dit hebben ze voor elkaar gekregen met het gebruik van commercieel beschikbare hardware. Pawelczak: ‘Als wij onze oplossing zouden integreren in een speciaal ontworpen system-on-a-chip, dan zou dit de duurzaamste, energiezuinigste bluetooth-implementatie zijn die tot nu toe op de markt verkrijgbaar is.’ Volgens de universiteit hebben grote fabrikanten van bluetoothchips al interesse getoond in FreeBie.
Wi-Fi, 5G, 6G
De onderzoekers claimen dat hun architectuur iot-toepassingen mogelijk maakt die tot nu toe onvoorstelbaar leken. In een proefopstelling gaat het om een batterijloze smartwatch op zonne-energie die de tijd en email-notificaties synchroniseert met een smartphone en ook draadloos firmware-updates uitgevoerd via bluetooth.
Volgens de onderzoekers is dat nog nooit gedaan onder intermittent-energie. De Winkel voegt toe: ‘We hopen dat dit ook de deur opent voor andere draadloze protocollen zoals intermittently-powered wifi, 5G, en 6G.’
Github
De onderzoekers presenteren hun bevindingen tijdens het internationale mobility-congres MobiSys 2022 in het Amerikaanse Portland . De hard- en software van het FreeBie zijn opensource beschikbaar. De broncode van FreeBie is gedeeld via ontwikkelaarsplatform Github. Hun wetenschappelijke paper is hier gepubliceerd. De Winkel ontwikkelde eerder een batterijloze GameBoy. In onderstaande video wordt het concept van FreeBie gevisualiseerd.
