Claire Swedberg
A empresa de tecnologia de carregamento sem fio Powercast lançou um novo sistema de energia sem fio baseado em RF que permite a transmissão de identificação por radiofrequência (RFID), bem como uma fonte de alimentação para produtos sem fio da Internet das Coisas (IoT), como como os usados em aparelhos, sistemas de jogos ou alto-falantes inteligentes. A solução, conhecida como Ubiquity, foi projetada para permitir que os fabricantes de dispositivos incluam a funcionalidade de coleta de energia sem fio em seus produtos, com potencial para transmissão de dados via 902 a 928 MHz.
Os usuários poderiam potencialmente empregar redes de RF de baixo custo em residências ou empresas que poderiam acomodar uma variedade de tags, sensores e dispositivos de recepção de RF. A solução consiste em um transmissor Ubiquity que envia sinais de RF pelo ar, bem como um receptor embutido em dispositivos finais. Isso inclui sensores que recebem transmissões de RF, coletam energia e a convertem em energia DC, de acordo com Jason Gill, diretor de pesquisa e desenvolvimento da Powercast.
Os desenvolvedores ou fabricantes podem construir transmissores de RF Ubiquity em seus aparelhos ou produtos para transmitir energia a outros dispositivos, por meio de um design de referência que permite a integração da eletrônica em suas placas de circuito. Como alternativa, as empresas podem adquirir módulos transmissores da Ubiquity e inseri-los em dispositivos eletrônicos existentes para torná-los habilitados para RF.
Do outro lado da solução está o receptor. A Powercast vende seu chip receptor Powerharvester PCC110, que, segundo a empresa, pode ser incorporado junto com uma pequena antena para um dispositivo final, como um sensor, etiqueta ou pequeno produto eletrônico por um custo de cerca de US$ 1,00. A empresa recentemente se associou à Kyocera AVX para oferecer soluções sustentáveis e sem bateria com o PCC110, capaz de extrair energia de leitores RFID.
A Powercast passou mais de uma década desenvolvendo e vendendo tecnologia habilitada para carregamento por RF e sistemas RFID (consulte Powercast PCT100 Tag Emprega energia do interrogador de RF para transmitir dados do sensor e Powercast lança sistema de sensor sem fio de coleta de energia). Ao fornecer uma solução que pode carregar e ler dados a um baixo custo, a empresa pretende ajudar os fabricantes a criar dispositivos IoT capazes de permitir conectividade que anteriormente exigiam infraestrutura RFID ou Bluetooth Low Energy (BLE) mais cara.
Para coleta de energia, o transmissor Ubiquity fornece até 1 watt (potência irradiada isotrópica efetiva de 3 watts) pelo ar e carrega automaticamente vários dispositivos com o receptor PCC110 quando eles entram em sua zona de carregamento. Ao contrário dos sistemas de carregamento sem fio padrão, não são necessários tapetes de carregamento. Dispositivos de consumo ultrabaixo, como sensores IoT, podem carregar a uma distância de até 36 metros do transmissor, enquanto dispositivos que consomem mais energia, como fones de ouvido, precisariam estar em um alcance muito mais próximo e poderiam usar a tecnologia como carregamento suplementar.
A solução foi demonstrada recentemente na feira CES 2023, em um ambiente simulado de sala de estar e banheiro. Durante a demonstração, o sistema está sendo usado em cenários nos quais os transmissores podem carregar e monitorar automaticamente as condições e localizações de vários dispositivos dentro de uma sala. No banheiro, por exemplo, um único transmissor carrega todos os dispositivos de baixa potência, como escovas de dente e barbeadores.
Os produtos alimentados por RF eliminam os cabos em torno da água, bem como a necessidade de abrir um dispositivo para trocar as baterias, diz Andy Peacock, diretor de marketing da Powercast. Isso reduz o risco de choque elétrico para os usuários, explica, ao mesmo tempo em que diminui o potencial de corrosão de um aparelho com câmara onde ficam armazenadas as baterias. A RF também elimina os inconvenientes das escovas de dente elétricas, acrescenta ele, afirmando: “Não há mais encaixe para acumular sujeira e não há mais necessidade de baterias que frequentemente corroem devido à infiltração de água”. O carregamento sem fio padrão é realizado por indução magnética, com um dispositivo posicionado no carregador sem fio, normalmente embutido em um tapete de carregamento.
“O que tende a acontecer”, diz Gill, “é que posso enviar uma quantidade decente de energia para carregar seu telefone, mas você não pode se afastar muito do carregador”. O sistema Ubiquity emprega uma abordagem diferente, pois implanta energia sem fio baseada em RF no ar, semelhante à frequência usada para leitura de etiquetas RFID UHF. Os dispositivos podem utilizar a transmissão estritamente para coletar energia para sua própria operação ou podem retroespalhar um sinal que incluiria dados que seriam lidos pelo transmissor.
“O preço da maioria dos leitores RFID era mais alto do que acreditamos que o mercado consumidor desejaria”, diz Peacock, “portanto, alguns anos atrás, fabricamos nosso transmissor PowerSpot, vendido por cerca de US$ 100”. A solução PowerSpot envia energia para os dispositivos e usa o Bluetooth como uma rede de comunicação de volta do dispositivo que está sendo carregado.
“O que realmente queríamos fazer [a seguir]”, diz Peacock, “era obter esse preço bem mais baixo do que era para o PowerSpot”. Ele observa que os mercados consumidores são mais sensíveis ao custo do que a maioria das aplicações RFID, então o preço da tecnologia precisava ser uma fração desse valor. “Então desenvolvemos um módulo e um design de referência para o que chamamos de transmissor Ubiquity.” Ele se integra com o próprio sistema de energia do dispositivo e conectividade sem fio, além de fornecer carregamento de RF e comunicação bidirecional.
O módulo transmissor inclui um rádio e um amplificador. Os fabricantes adicionarão uma antena com orientação do Powercast. O módulo pode realizar o salto de frequência necessário para se conectar com os dispositivos dentro de seu alcance, aproveitando seu amplificador de potência para aumentar a transmissão do sinal. Um circuito integrado de leitura de dados extrai as informações que o receptor retroespalha para o transmissor e interage com um microcontrolador para interpretar esses dados. A transmissão não funcionaria com tags RFID EPC UHF padrão, diz Gill, mas apenas com os próprios módulos receptores da Powercast. Ele compara os receptores ao tamanho de flocos de pimenta e diz que o custo médio é de cerca de um dólar.
Em um caso de uso típico, o transmissor — que pode ser conectado a uma tomada ou usar a energia interna de outro dispositivo — envia uma transmissão periodicamente. Se nenhuma resposta for recebida, ele saberá que não há dispositivos que precisem ser carregados e, portanto, ficará inativo. No entanto, uma resposta de retroespalhamento pode indicar um produto que precisa de uma carga, reconhecendo fundamentalmente “Sim, estou aqui. Dê-me energia”. O transmissor então enviaria continuamente sua energia de RF.
O sistema pode ser projetado para que um receptor responda com seu número de identificação exclusivo e dados relacionados ao seu nível de potência. Nesse caso, o transmissor pode continuar ligando até que o dispositivo indique que está totalmente carregado e, em seguida, desligue-se. A tecnologia também pode ajudar os usuários a entender os níveis de bateria de vários produtos em torno de um único transmissor. Por exemplo, o transmissor Ubiquity poderia ser incorporado a um dispositivo com uma tela de LED que exibiria os níveis de carga detectados de todos os dispositivos habilitados para Ubiquity sem fio dentro do alcance. Os usuários também podem implantar o sistema com sensores.
Se um dispositivo sensor alimentado por bateria ou sem bateria alavancasse o sistema Ubiquity, ele poderia transmitir informações como temperatura ambiente ou se a janela de uma casa estava aberta ou fechada. O alcance do sistema seria específico do dispositivo, diz Gill. No caso de um sensor de ciclo de serviço baixo que transmite uma vez a cada meia hora ou mais, o alcance pode ser de até 120 pés. “Mas se você deseja fazer um carregamento maior, como fones de ouvido”, observa ele, um alcance mais curto exigiria um aplicativo de mesa.
Por exemplo, o transmissor pode ser embutido em uma mesinha de cabeceira ou em um centro de entretenimento no qual todos os dispositivos de carregamento estejam próximos. A Powercast estima que a eletrônica do transmissor poderia ser incorporada a um dispositivo a um custo de aproximadamente US$ 5 usando o projeto de referência. Na simulação de banheiro na CES, a empresa tem um pequeno transmissor Ubiquity na tomada da parede, de tamanho semelhante a um plug-in para refrescar o ar, com vista para uma pia dupla. A empresa forneceu seis escovas de dentes sem fio, todas com chip receptor e antena embutida.
Na sala de estar de uma casa, um transmissor pode ser configurado para carregar e se comunicar com uma variedade de itens domésticos, como chaveiros ou tags de RF que podem ser colocados em carteiras ou outros itens que os usuários desejam acompanhar. O módulo de transmissão pode ser incorporado a um eletrodoméstico, como uma televisão inteligente ou um dispositivo de computador, e pode então carregar pontos finais relacionados sem fio, como teclados ou controles remotos de jogos.
Além disso, o sistema pode se comunicar com dispositivos IoT, incluindo sensores de plantas que rastreiam o nível de umidade de um vaso de plantas ou sensores de detecção de vazamentos situados sob uma pia. Em uma aplicação comercial, a tecnologia pode detectar a necessidade de reabastecer saboneteiras ou recarregar baterias em banheiros públicos.
Assim que a tecnologia estiver instalada, informa a empresa, os usuários poderão adicionar dispositivos receptores adicionais. “Você pode adicionar qualquer coisa que funcione nessa atmosfera”, diz Gill, “e todos eles podem ser carregados pelo mesmo dispositivo”. O banheiro é um ótimo caso de uso, explica ele, devido à prevalência de dispositivos operados por bateria ou sem fio que não exigem muita carga, são usados apenas algumas vezes ao dia e permanecem próximos a um transmissor devido ao tamanho tipicamente pequeno dos banheiros.
Os dados capturados de um sistema Ubiquity podem ser encaminhados para um servidor por meio de conectividade Bluetooth ou Wi-Fi do fabricante. “Deixamos isso para as decisões específicas do fabricante”, diz Peacock. Como a tecnologia foi lançada esta semana, a empresa agora está entrando em discussões com os primeiros usuários. “Prevemos uma enorme demanda e estamos provocando com muitas empresas que gostariam de usar algo assim.”
O sistema não foi projetado para carregar dispositivos que consomem muita energia, como smartphones ou tablets, observa Gill. Para esses dispositivos, no entanto, o Ubiquity pode ser usado juntamente com os sistemas de carregamento existentes. “O plugue na parede será o mais rápido”, afirma ele, “e as pessoas estão acostumadas com esse tipo de velocidade”. Mas para recarregar a energia durante a noite ou manter o telefone carregado, acrescenta ele, o Ubiquity pode ser implantado em conjunto com outras tecnologias.