WLAN-Signale liefern Strom für Überwachungskamera

In Zukunft sollen auch kleinste Geräte mit dem Internet verbunden werden und auf diese Weise Daten liefern. Forscher haben jetzt eine Möglichkeit gefunden, sie drahtlos mit Strom zu versorgen.

Das Internet der Dinge weckt große Erwartungen. Noch nicht beantwortet ist bislang aber die entscheidende Frage, wie all die vernetzten kleinen Elemente mit Strom versorgt werden können.

Eine mögliche Antwort könnte ein aktuelles Projekt von Vamsi Talla und Kollegen an der University of Washington in Seattle bringen. Die Forscher haben eine Methode zur drahtlosen Stromversorgung mit Hilfe einer Technologie entwickelt, die viele schon im Wohnzimmer haben: ganz gewöhnliches WLAN. Als Bezeichnung für das Konzept haben sie Power over Wi-Fi, kurz PoWi-Fi, gewählt.

Die Idee ist im Grunde einfach: WLAN-Funksignale sind eine Form von Energie, die sich mit einer einfachen Antenne empfangen lässt. Bislang sind WLAN-Empfänger darauf ausgelegt, nur den Informationsgehalt dieser Signale auszuwerten.

Wie Talla und Kollegen erklären, gibt es allerdings keinen Grund, nicht auch zu versuchen, die Energie darin zu nutzen. Die Herausforderung dabei liegt allerdings in der Menge des übertragbaren Stroms.

Der Lösungsansatz des Teams dafür war erfrischend einfach: Die Forscher schlossen schlicht einen Temperatursensor an eine Antenne an, platzierten sie in der Nähe eines WLAN-Routers und maßen, welche Spannungen in dem Gerät ankamen.

Das Ergebnis: Die Spannung im Sensor übersteigt nie die erforderliche Betriebsspannung von ungefähr 300 Millivolt. Allerdings kommt sie diesem Wert oft nahe.

Doch damit war das Projekt keineswegs gescheitert. Das Problem bei WLAN-Routern ist, dass sie nicht kontinuierlich senden, sondern meist in Spitzen auf nur einem Kanal. Die würden genügend Strom für den Sensor liefern, doch sobald das Signal endet, fällt die Spannung ab. Dadurch hat der Sensor im Durchschnitt nicht genügend Strom, um zu arbeiten.

Talla und seine Kollegen brachte das auf eine Idee: Warum sollte man den Router nicht so programmieren, dass er Rauschen sendet, wenn keine Informationen übertragen werden – und zwar auf benachbarten Kanälen, um die eigentliche Datenübertragung nicht zu stören?

Genau das hat das Team dann auch getan. Dazu brauchten die Forscher das Innenleben von drei Routern, einen für jeden Kanal, mit dem sie arbeiten wollten (WLAN-Signale können auf einem von elf einander überlappenden Kanälen in einem 72-Megahertz-Band um 2,4 GHz herum gesendet werden). Ihre Wahl fiel auf drei Chipsets des Typs Atheros AR9580, die in WLAN-Routern häufig verbaut sind. Diese wurden dann für kontinuierliches Senden umprogrammiert.

Die Ergebnisse waren beeindruckend. Wie sich zeigte, konnte der Temperatursensor auf diese Weise in bis zu sechs Metern Entfernung vom Router drahtlos mit Strom versorgt werden; mit einem zwischengeschalteten Akku ließ sich die Reichweite sogar auf etwa neun Meter erhöhen.

Doch damit waren die Forscher noch nicht zufrieden: Sie wiederholten ihre Versuche mit einer Kamera. Dabei handelte es sich um einen VGA-Sensor von Omnivision, der mit relativ wenig Strombedarf Schwarzweißbilder mit einer Auflösung von 174 x 144 Pixeln liefert. Pro Bild bedeutet das einen Energiebedarf von 10,4 Millijoule.

Als Energiespeicher schlossen die Forscher einen Kondensator an die Kamera an, die sich ab 3,1 Volt aktiviert und bei einem Absinken der Spannung unter 2,4 Volt wieder abschaltet. Die aufgenommenen Bilder wurden in einem ferroelektrischem Speichermodul (FeRAM) gespeichert.

Bei Tests funktionierte die Kamera bemerkenswert gut. „Die batterielose Kamera kann in bis zu etwa fünf Metern Entfernung vom Router mit einer Aufnahme alle 35 Minuten betrieben werden“, berichten Talla und Kollegen. Mit einem zusätzlichen Akku ließ sich die maximale Entfernung auf sieben Meter erhöhen. Die Stromübertragung funktionierte sogar durch eine Ziegelwand hindurch. Damit wäre es also möglich, die Kamera außen anzubringen und den Router als Stromquelle innen zu lassen.

Für Überwachungszwecke dürfte das enorm nützlich sein – möglicherweise zusammen mit einem Bewegungssensor, der die Kamera anschaltet, wenn etwas in ihren Sichtbereich kommt.

()