Ricevitore per la comunicazione tattile
La durata della batteria è un fattore importante per i dispositivi indossabili. Devono essere sempre pronti a ricevere segnali di controllo senza consumare molta energia. I ricercatori del Fare all'ETH di Zurigo hanno ora sviluppato un ricevitore senza alimentazione per la comunicazione tattile che ricava l'energia direttamente dal segnale.
I dispositivi elettronici sempre in funzione e in attesa dei nostri comandi non esistono gratuitamente. Secondo alcune stime, il consumo energetico di televisori, lettori DVD, lavatrici e altri elettrodomestici in modalità standby è responsabile fino a un quarto dell'elettricità utilizzata in una famiglia media.
Il problema diventa ancora più grave quando si tratta di dispositivi alimentati a batteria, soprattutto quelli della nuova generazione dell'Internet delle cose e i dispositivi indossabili come i fitness tracker. Questi dispositivi devono essere sempre pronti a ricevere segnali, ma ciò significa anche che consumano continuamente energia, mettendo rapidamente in ginocchio le batterie. Inoltre, i segnali di controllo trasmessi tramite onde radio rappresentano un rischio per la sicurezza e la protezione dei dati. Michele Magno, ricercatore del Dipartimento di ingegneria elettrotecnica e dell'informazione dell'ETH di Zurigo, ha trovato un modo intelligente per risolvere questi problemi.
Ispirazione dalla Disney
"Il trucco consiste nell'ottenere l'energia necessaria per ricevere un comando di risveglio direttamente dal trasmettitore attraverso un tocco", spiega Magno, che da anni lavora sulle tecnologie di energy harvesting.
L'idea del nuovo dispositivo è nata da un incontro casuale con i ricercatori del laboratorio di ricerca Disney di Zurigo, interessati a un interruttore a sfioramento da inserire nei loro giocattoli.
"Il loro approccio prevedeva un ricevitore che avrebbe scaricato le batterie in poche ore, e alla fine non è nato nulla da questa collaborazione", racconta Magno, che però aggiunge subito: "La mia curiosità era comunque accesa e credevo davvero che un ricevitore del genere avrebbe avuto una possibilità di successo solo se non avesse avuto bisogno di una fonte di energia. Così mi sono messo a lavorare al prototipo che avevo in mente, nel tempo libero e poi con l'aiuto dei miei studenti di master Philipp Mayer e Raphael Strebel".
Generazione di energia attraverso il tatto
Nel frattempo, Magno ha presentato la sua idea per un brevetto all'Ufficio europeo dei brevetti. Il principio è semplice ma sofisticato: il ricevitore, che non ha una batteria propria, riceve segnali attraverso un elettrodo quando viene toccato da un corpo umano. Per risvegliare il ricevitore, il trasmettitore invia al segnale vero e proprio - che consiste in un'onda elettromagnetica modulata con una frequenza di pochi megahertz - un "preambolo" della durata di pochi millisecondi, che non contiene alcuna informazione.
L'energia assorbita dal ricevitore durante questo periodo viene immagazzinata in un condensatore, che funge quindi da fonte di energia per la ricezione e la decodifica del segnale di controllo. Altri dispositivi affamati di energia in modalità sleep possono quindi essere svegliati dal ricevitore, a condizione che sia stata ricevuta l'identificazione corretta.
"In questo modo abbiamo un vero e proprio ricevitore privo di energia che può essere utilizzato in molti modi diversi", spiega Magno, "come ad esempio nei sensori tattili delle automobili che riconoscono l'utente e aprono le porte". Questo potrebbe essere molto più sicuro delle tecnologie a onde radio attualmente in uso, come l'RFID, che trasmettono i loro segnali su distanze maggiori e sono quindi vulnerabili alle intercettazioni".
Un altro interessante campo di applicazione è la comunicazione intra-corporea, in cui due dispositivi indossati sul corpo comunicano tra loro, ad esempio, o il trasferimento di informazioni tramite stretta di mano tra due utenti. Magno e i suoi colleghi hanno dimostrato che il prototipo del loro ricevitore ha una portata sul corpo di oltre 1,7 metri, consentendo la comunicazione tra il polso e qualsiasi altra parte del corpo dello sponsor.
Condizioni ideali all'ETH
Quando Michele Magno parla del suo ultimo lavoro, il suo entusiasmo è palpabile e ha piani ambiziosi per il futuro. Con l'aiuto dell'ETH transfer, intende fondare start-up che svilupperanno ulteriormente il suo prototipo in prodotti commerciabili con applicazioni che vanno dalla comunicazione tattile al monitoraggio dei treni.
Per arrivare al punto in cui si trova ora - coinvolto attivamente in una decina di progetti di ricerca diversi con più di una dozzina di dottorandi, studenti di master e post-dottorando - ha fatto molta strada, a partire dalla sua alma mater a Bologna, dove ha conseguito il dottorato nel 2010. Dopo un breve periodo all'ETH di Zurigo durante il dottorato, ha lavorato per alcuni anni come post-dottorando in Irlanda e in Francia, ma alla fine ha rifiutato le offerte di lavoro come professore assistente, preferendo invece accettare un posto di post-dottorando all'ETH nel gruppo di Luca Benini presso l'Istituto dei Sistemi Integrati, che da allora è diventato un posto fisso. Il motivo di questa scelta è semplice, dice: "Quello che posso fare nella mia attuale posizione all'ETH, non potrei farlo in nessun altro posto in Europa, nemmeno come professore - le condizioni qui sono semplicemente ideali".
Tuttavia, rimane in stretto contatto con l'Università di Bologna, dove è anche assegnista di ricerca e supervisiona un gruppo di studenti che partecipano con successo a concorsi di innovazione organizzati da aziende tecnologiche. Quando non è in laboratorio a sviluppare nuovi dispositivi, ama trascorrere il tempo con la sua famiglia: la moglie francese, conosciuta in Irlanda, e le sue giovani figlie gemelle. E chissà, forse un giorno i loro giocattoli conterranno i ricevitori senza corrente inventati da papà.