​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают технологии для передачи энергии на расстоянии по сетям 5G. Профессор кафедры программной инженерии ТПУ Налин Джаякоди рассказал TelecomDaily, что с помощью такого решения можно, например, заряжать аккумулятор смартфона без привычного зарядного устройства. Источником энергии выступает сам радиосигнал.

Пока не существует единого стандарта 5G, разработчики активно предлагают свои решения?

Да. Мы фокусируемся на беспроводной передаче энергии, решаем вопрос, как эффективно передавать энергию на значительные расстояния с минимальными потерями. Мы разработали свой алгоритм, который позволяет вместе с радиосигналом передавать энергию от устройства к устройству в контексте сотовой связи. То есть во время разговора электромагнитные волны передают энергию от одного смартфона к другому, и этой энергии может хватить на подзарядку вашего мобильного. Еще одно направление работы — это технологии связи формата «device to device». Эта технология позволит людям выходить на связь, минуя посредника в виде базовой станции.

Есть ли в РФ или в мире аналогичные разработки?

Первоначальные исследования, относящиеся к беспроводной передаче энергии, были сконцентрированы на передаче данных на большие расстояния и работе с высокими мощностями. Однако такие разработки прекратили из-за неэффективности передачи данных, а также потенциальных проблем со здоровьем, возникающих из-за применения высоких мощностей. Однако потребление энергии в мире растет, что влияет на эксплуатационные расходы. Радиочастотная аккумуляция энергии для системы беспроводной связи представляет собой новую парадигму, которая позволяет беспроводным узлам перезаряжать батареи от радиочастотных сигналов вместо стационарных электрических сетей и традиционных источников энергии. В нашем исследовательском подходе радиочастотная энергия собирается из окружающих электромагнитных источников или из источников, которые передают радиочастотную энергию с целью аккумуляции электроэнергии.

Исследования в этом направлении проводятся на международном уровне. При этом я не уверен, заинтересована ли Россия в подобных исследованиях, хотя именно в России их проводится много.

На рисунке. показана система IoT одновременной беспроводной передачи информации и энергии (SWIPT) с базовыми станциями, мобильными базовыми станциями, датчиками, интеллектуальными устройствами и т. д. Стационарные и мобильные базовые станции работают как источники информации, а также и как источники питания, в то время как датчики и мобильные телефоны собирают солнечную энергию и радиочастотную энергию от базовых станций для перезарядки батареи.

Почему вам интересна именно эта тема?

В скором времени мобильная связь будет сильно отличаться от того, что она представляет собой сегодня. Высококачественные видеоролики и более высокое разрешение экрана мобильных устройств заставляют нас искать надежные источники питания или аккумулировать энергию от внешних источников питания в беспроводной сети следующего поколения. 5G — это стандарты беспроводных систем, развертывание которых планируется к 2020 году. Ожидается, что общее количество подключенных устройств может достигнуть десятков или сотен миллиардов, поэтому энергоэффективность определяется как одна из ключевых тем исследования стандарта 5G.

Что вообще из себя представляет аккумулирование энергии?

Аккумулирование энергии — это процесс захвата и преобразования такой энергии, как тепло, звук и радиосигнал, в электричество, и обеспечение работы в соответствии с требованиями. Окружающая среда содержит высококачественные формы энергии по сравнению с доступными батареями и суперконденсатерами. В последнее время изучается возможность использования природных источников энергии в процессе аккумулирования энергии в сети связи.

Процесс аккумулирования энергии с использованием природных источников не настолько эффективен, настолько это ожидалось, из-за нерегулярного и непредвиденного характера окружающих источников питания. Кроме того, основные методы аккумулирования энергии применимы только в определенных средах. Беспроводная передача энергии является одним из способов аккумулирования.

Кратко поясните суть ваших разработок?

Интернет вещей позволяет всем объектам, которые находятся в домах, офисах, на производствах, в больницах, на фермах, в общественных зданиях, общественных местах и т.д. стать «умными», чтобы их можно было контролировать из любой точки мира. Ожидается, что в ближайшем будущем все будут связаны между собой беспроводным обменом данных. Беспроводная передача энергии (WPT) является одной из ключевых технологий для интернета вещей, поскольку позволяет разрабатывать устойчивые, самодостаточные и экологически чистые электронные устройства.

В будущем радиочастотные сигналы станут не только источником питания для функциональных устройств в сети, но и будут объединены с передачей энергии и информации. Разработки в рамках одновременной беспроводной передача информации и энергии (SWIPT) помогут обеспечить отличную беспроводную передачу данных и могут привести к разработке новых приложений и услуг для 5G.

Учитывая быстрое развитие мобильных устройств (например, мобильных телефонов, ноутбуков, персональных цифровых помощников (КПК) и карманных устройств) и приложений с сенсорным доступом к интернет вещам, особое внимание уделяется развитию способов беспроводной зарядки. В будущем, в домашних условиях большинство устройств можно будет заряжать с использованием технологии SWIPT/WPT, не только телефоны.

Правильно ли мы понимаем, что если технология будет внедрена в быт, то зарядки для гаджетов уйдут в прошлое?

Это постепенный процесс и в одночасье резких изменений не произойдет. Конечно, в будущем можно будет заряжать мобильный телефон без использования проводных зарядных устройств, не подключаясь к электросети.

Насколько это может увеличить стоимость того или иного девайса?

Непосредственно вопросом стоимости мы не занимаемся. Тем не менее, я могу сказать, что мы внимательно отслеживаем факторы, влияющие на стоимость. Поскольку источник энергии находится в свободном доступе, т.е. радиочастотный сигнал, то и не должно быть счетов за электроэнергию, только одноразовая оплата при покупке комплексного антенного устройства.

А существующие базовые станции и инфраструктуры связи будут выполнять в таком случае какую функцию в рамках ваших разработок?

Базовая станция необходима для беспроводной передачи энергии (WPT) как при передаче информации, так и при передаче энергии. При этом наши разработки не потребуют развития новой инфраструктуры. Конечно, потребуются некоторые изменения инфраструктуры при переходе на беспроводные системы связи пятого поколения, и, тем не менее, аккумуляция радиочастотной энергии может осуществляться с использование настроек беспроводной связи четвертого поколения 4G.

Насколько передача данных таким образом безопасна с точки зрения сохранности информации?

В качестве решения этого вопроса научное сообщество внедрило в приемниках два приемных режима: один режим предназначен для приема конфиденциальной информации, а остальные режимы предназначены для аккумулирования энергии. Кроме того, искусственный шум используется для вмешательства в перехватывающие устройства при передаче секретной информации в сети, а искусственный шумовой сигнал используется в качестве источника энергии для приемников аккумулирования энергии.

Эффективность передачи мощности и информационная безопасность одинаково важны в сетях связи с поддержкой WPT. Это вызывает новые проблемы, и решения могут отличаться в зависимости от типов сетей связи с поддержкой WPT. Проблемы, связанные с безопасностью, требуют дополнительного изучения.


Источники

5g future
5gfuture.ru, 15/01/2018

Похожие новости

  • 24/10/2017

    ТУСУР – на шаг впереди в социальной робототехнике

    Заведующий лабораторией робототехники и искусственного интеллекта Томского университета систем управления и радиоэлектроники Евгений Шандаров рассказал в эфире телеканала "Россия 24" в программе "Час науки" об искусственном интеллекте, социальной робототехнике и участии томичей в финале чемпионата мира по футболу среди роботов Robocup в Японии.
    370
  • 12/04/2017

    Интервью с разработчиками системы адаптации экзоскелета для людей с ДЦП

    ​В начале апреля появилась новость о том, что молодые ученые Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники получили грант по программе "УМНИК" на проект по созданию системы для адаптации существующих экзоскелетов для людей с ДЦП.
    698
  • 30/05/2017

    Примеси придают воде интересные свойства

    ​Все знают, что вода при нагревании закипает. Однако этот процесс не так прост, как кажется. Если жидкость немного загрязнена, то в ней происходят различные интересные явления. О том, что они собой представляют и зачем их нужно изучать, знает доктор физико-математических наук профессор Томского политехнического университета Павел ­Стрижак, получивший на свои исследования грант Президента РФ для поддержки молодых ученых.
    546
  • 11/04/2016

    Егор Лобода: сгорая, вещества делятся с учеными важными сведениями

    ​С огнем человечество знакомо, можно сказать, с момента своего рождения. Со страхом и удивлением смотрел наш далекий предок на молнии и вызываемые ими лесные пожары. Но эти чувства сравнительно быстро сменились желанием приручить небесное пламя, использовать его для различных нужд.
    935
  • 07/11/2017

    ​Ученые ТПУ разрабатывают уникальную бронекерамику

    В Наноцентре Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) разработали способ изготовления разнообразных функциональных изделий из прочной и ударновязкой нанокерамики, применив для прессования сухих нанопорошков пресс-формы специальной конструкции - ультразвуковые или коллекторные - вместо жидкофазных химических методов.
    484
  • 06/02/2017

    Роман Cурменев: наша сила в комплексном подходе

    ​В Центре технологий Физико-технического института ТПУ создают инновации мирового уровня. Разработка новых материалов для имплантатов в области травматологии и ортопедии становится одним из мировых трендов.
    760
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    2278
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    1128
  • 20/03/2018

    Способ активации нанопорошка алюминия, разработанный учеными ТПУ, вошел в 100 лучших изобретений России

    ​Способ активации нанопорошка алюминия путем термического воздействия, разработанный научным коллективом Томского политехнического университета, вошел в число ста лучших изобретений России за 2017 год.
    335
  • 28/06/2016

    3D-технологии завоевывают мир

    ​Вслед за автомобилями с автопилотом на дороги выходят самоуправляемые маршрутки. Первенцем новой концепции стал микроавтобус "Olli", созданный компанией Local Motors в сотрудничестве с IBM.  Как сообщает 3Dtoday, Local Motors наиболее известна в качестве первого производителя 3D-печатных автомобилей, а IBM предоставила необходимое аппаратное и программное обеспечение для интеграции 3D-печатного транспорта в облачный искусственный интеллект IBM Watson.
    1547