محققان دانشگاه واشنگتن اولین دستگاهی را که برای انتقال اطلاعات تا فاصله ۲.۸ کیلومتری به هیچ توان الکتریکی از منبع خارجی نیاز ندارد به نمایش گذاشتند. این نمایش می‌تواند موانع موجود در برقراری ارتباط میان طیف وسیعی از دستگاه‌های الکترونیکی و حتی اشیای پیرامون ما را که از مدت‌ها پیش، چالش این حوزه بوده است برطرف کند.
با استفاده از طرح جدید محققان دانشگاه واشنگتن، به عنوان مثال می‌توان دستگاه‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر از تجهیزات ویژه جمع‌آوری اطلاعات پزشکی از افراد بیمار را تا نمونه‌هایی که با تعبیه در تجهیزات ورزشکاران یا سربازان، قابلیت‌ها و شاخصه‌هایی نظیر خستگی را اندازه می‌گیرند، در ارتباط با منابع جمع‌آوری اطلاعات قرار داد.
این در حالی است که در حال حاضر طیف وسیعی از دستگاه‌های الکترونیکی انعطاف پذیر و سنسورهای آنها که از باتری‌های در ابعاد بزرگ استفاده کرده یا به منابع تامین توان برای عملکرد ایده‌آل نیاز دارند را نمی‌توان در تعامل با منابع جمع‌آوری داده که در فاصله بیش از چند متر قراردارند استفاده کرد. این امر، استفاده عملی از این تجهیزات را در کاربردهایی نظیر رهگیری داده‌ها در بخش پزشکی، اکوسیستم خانه‌های هوشمند یا حتی حوزه کشاورزی با مشکل مواجه خواهد کرد.
در طرف مقابل، راهکار ارائه شده توسط محققان دانشگاه واشنگتن از سیگنال‌های رادیویی بازتابش شده برای انتقال داده‌ها، در ازای مصرف توان پایین و با هزینه اندک استفاده می‌کند. این امر، پوشش ۴۸۰۰ فوت مربعی برابر با ۴۴۶ متر مربع را فراهم می‌کند.
Shyam Gollakota از اعضای هیئت علمی و استادیار مهندسی علوم و کامپیوتر Allen School در این خصوص می‌گوید:
تا به اینجای کار دستگاه‌هایی که امکان برقراری ارتباط در مسافت‌های طولانی را دارند توان الکتریکی زیادی را هم نیاز داشته‌اند. جایگزینی این ابزارها با دستگاه‌هایی که توان الکتریکی مصرفی پایین و در حد میکرووات دارند نیز به کوتاه‌شدن محدوده پوشش منجر می‌شد. حالا فرصتی فراهم شده تا نشان دهیم دست‌یابی به هر دو مورد یادشده ممکن است. این امر، موضوعی است که شرایط برقراری ارتباط را در کاربردها و صنایع مختلف تا حد زیادی تغییر خواهد داد.
جدیدترین سیستم طراحی شده توسط محققان، سیستم ارتباطی با محدوده پوشش گسترده را در کنار استفاده از سنسورهایی ممکن ساخته که توان الکتریکی تا ۱۰۰۰ برابر کم‌تر را در مقایسه با تکنولوژی‌های فعلی که در انتقال اطلاعات در محدوده‌های مشابه استفاده می‌شوند به همراه خواهد داشت. این امر، گامی ضروری و مهم به سمت ادغام قابلیت‌های ارتباطی در میلیاردها دستگاه و ابزاری است که هر روز از آنها استفاده می‌کنیم.
این سیستم توسط Jeeva Wireless به عنوان شرکت زیرشاخه‌ای که توسط تیم محققان علوم و کامپیوتر دانشگاه واشنگتن راه‌اندازی شده است به مرحله تولید انبوه و تجاری‌سازی وارد خواهد شد. انتظار می‌رود محصول نهایی ظرف مدت شش ماه آینده آماده ورود به بازار شود.
سنسورهای استفاده شده در این سیستم نیز قیمت پایینی داشته و هر یک هزینه‌ای ۱۰ تا ۲۰ سنتی را برای تولیدکننده به همراه دارند. تیم سازنده مدعی شده قیمت این سنسورها در حدی پایین است که به عنوان مثال کشاورزان می‌توانند برای اندازه‌گیری دمای خاک یا رطوبت آن، کل سطح زمین را با آن پوشش داده تا رهگیری کاملی روی روند کاشت و داشت به عمل آورند. از دیگر کاربردهای بالقوه این سنسورها می‌توان به رهگیری میزان آلودگی هوا و آب، نویز، ترافیک در شهرهای هوشمند یا حتی تجهیزات پزشکی اشاره کرد که امکان انتقال اطلاعاتی نظیر وضعیت ضربان قلب بیمار را هم دارند.
Vamsi Talla مسئول بخش تکنولوژی Jeeva Wireless در این خصوص می‌گوید:
حرف و حدیث‌های زیادی در خصوص اضافه کردن قابلیت‌های ارتباطی به تمامی اشیا و تجهیزات نظیر پودرهای رختشویی، حوله‌های حمام و حتی فنجان قهوه از سال‌های پیش شنیده یا خوانده‌ایم اما مانع مهم بر سر راه اجرایی کردن این طرح‌ها، توان الکتریکی مورد نیاز و البته هزینه لازم برای اجرایی کردن آنها است. این اولین سیستم بی‌سیم است که می‌تواند قابلیت‌های ارتباطی را با کم‌ترین هزینه ممکن به تمامی اشیا و تجهیزات اضافه کند.
به عنوان مثال، تیم محققان حاضر در این پروژه موفق به نسخه اولیه از لنز تماسی و پد ویژه پانسمان زخم شده‌اند که امکان انتقال اطلاعات را در مسافت‌های طولانی فراهم می‌کند. این تجهیزات موفق شده‌اند به استانداردهای سطح بالایی که پیش از این در ارتباطات این حوزه شاهد بوده‌ایم دست پیدا کنند.
این سیستم، سه مولفه مستقل دارد. منبعی که یک سیگنال رادیویی را منتشر می‌کند، سنسورهایی که اطلاعات را در بازتابش یا توالی سیگنال، رمزگذاری می‌کنند و در نهایت یک گیرنده ارزان‌قیمت که اطلاعات را رمزگشایی می‌کند. وقتی سنسور در فاصله بین منبع و گیرنده قرار می‌گیرد، امکان انتقال اطلاعات تا مسافت ۴۷۵ متری را به دست خواهد آورد. هنگامی که سنسور در کنار منبع سیگنال قرار می‌گیرد، گیرنده می‌تواند اطلاعات را از مسافت ۲.۸ کیلومتری رمزگشایی کند.
مزیت استفاده از سیگنال‌های رادیویی بازتایش شده یا پشت سر هم برای انتقال اطلاعات آن است که می‌توان از سنسورهایی با مصرف توان فوق العاده پایین استفاده کرد. این ترکیب را می‌توان با استفاده از باتری‌های باریک و ارزان قیمت انعطاف‌پذیر یا با بهره‌برداری از منابع توان نزدیک به سیستم، به مرحله بهره‌برداری رساند. به این ترتیب، نیاز به باتری‌هایی در ابعاد و اندازه‌های بزرگ، مرتفع خواهد داشت. عیب این راهکار آن است که فرایند تشخیص این بازتاب‌های فوق ضعیف، از سیگنال اصلی یا نویزهای دیگر، برای گیرنده دشوار خواهد شد.
Mehrdad Hessar از دانشجویان دوره دکترای Allen School در این خصوص می‌گوید:
این امر مانند گوش دادن به مکالمه‌ای است که در سمت دیگر دیواری ضخیم در جریان است. در واقع شما صدایی محو و مبهم را می‌شنوید اما نمی‌توانید کلمات را تشخیص دهید. با استفاده از تکنولوژی جدید می‌توانیم رمزگشایی این کلمات را حتی هنگامی که به سختی می‌توانید متوجه مکالمات شوید عملی سازیم.
برای فائق آمدن بر این مشکل، تیم متخصصان دانشگاه واشنگتن نوع جدیدی از مدولاسیون را به نام Chirp Spread Spectrum در طراحی خود ادغام کرده‌اند. گسترش دادن سیگنال‌های بازتابش شده در فرکانس‌های مختلف، این امکان را برای تیم محققان این دانشگاه فراهم کرده تا به حساسیتی به مراتب بالاتر دست پیدا کنند و رمزگشایی سیگنال‌های پی در پی، در فواصلی به مراتب طولانی‌تر و حتی هنگامی که دامنه آنها پایین‌تر از نویز است ممکن شود.
Bryce Kellogg موسس Jeeva Wireless در این خصوص می‌گوید:
ما کار خود را با این پرسش شروع کردیم که اگر نیاز به بهره‌برداری از تجهیزات هوشمند در فواصل طولانی داریم، چگونه می‌توانیم سیستمی را برای دست‌یابی به این هدف، از پایه به مرحله اجرا درآوریم؟
بدنیست بدانید سرمایه اجرای این پروژه توسط بنیاد ملی علوم تامین شده است. از دیگر محققان فعال در این پروژه می‌توان به پروفسور Joshua Smith و علی نجفی، دانشجوی دوره دکتری مهندسی برق دانشگاه واشنگتن اشاره کرد.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت