IoT nu mogelijk zonder batterijen of continue stroom, dankzij ‘intermittently-powered bluetooth’ FreeBie

TU Delft onderzoekers Jasper de Winkel en Przemysław Pawełczak hebben energiezuinige tweerichtingscommunicatie via intermittently-powered bluetooth uitgevonden – voor probleemloze IoT-communicatie, zelfs als de energie even opraakt. Ze ontwierpen FreeBie: waarmee bluetooth kan blijven werken als de stroom op raakt.

"We willen dat IoT-apparaten geen gebruik maken van batterijen, want die zijn gevaarlijk, lomp en slecht voor het milieu", zegt De Winkel. Met intermittent computing kunnen de apparaten hun essentiële taken foutloos uitvoeren, puur op basis van – sporadisch beschikbare (intermittent) – energie die uit de directe omgeving gewonnen wordt. "Het things-deel was al opgelost. Met intermittently-powered bluetooth voegen we daar nu het internet-deel aan toe", zegt hij, refererend aan hun GameBoy Forever.

Van één- naar tweerichtingsverkeer

Eerdere oplossingen voor batterijloze communicatie ondersteunden alleen éénrichtingsverkeer, wat neerkomt op voldoende energie vergaren voor het versturen van data en vervolgens ‘hopen dat iets het signaal oppikt’. De Winkel en Pawełczak wilden het volledige potentieel van het bluetoothprotocol benutten: "Het is een van de meest gebruikte draadloze communicatieprotocollen wereldwijd", zegt Pawelczak. "Het belangrijkste is dat dit een tweerichtings-communicatieprotocol is, waardoor het onder andere firmware updates en configuratie op afstand mogelijk maakt."

Energiezuinig

Hun bluetooth-implementatie, FreeBie genaamd, is extreem energiezuinig. De Winkel: "Bij een standaard implementatie wordt de bluetoothchip in slaapmodus gezet als het IoT-apparaat even niet hoeft te communiceren. Door de netwerkstatus exact op te slaan, kunnen wij de chip volledig uitschakelen, waarmee we het energieverbruik tot een factor tien reduceren."

Dit hebben ze voor elkaar gekregen met het gebruik van commercieel beschikbare hardware. Pawelczak: "Als wij onze oplossing zouden integreren in een speciaal ontworpen system-on-a-chip, dan zou dit de meest duurzame, energiezuinige bluetooth-implementatie zijn tot nu toe op de markt verkrijgbaar." Grote fabrikanten van bluetoothchips hebben al interesse getoond.

Smartwatch

Met twee voorbeeld-implementaties hebben de onderzoekers laten zien dat hun nieuwe architectuur tot-nog-toe onvoorstelbare IoT-toepassingen mogelijk maakt: een batterijloze smartwatch op zonne-energie die de tijd en email-notificaties synchroniseert met een smartphone; en ook draadloos firmware updates uitgevoerd over bluetooth. "We hopen dat dit ook de deur opent voor andere draadloze protocollen zoals intermittently-powered Wi-Fi, 5G, 6G; noem maar op."

Open source

De hardware en software van het FreeBie-systeem zijn als open source beschikbaar gemaakt en de onderzoekers zullen hun bevindingen in juni op MobiSys 2022 presenteren. De broncode van Freebie: http://github.com/tudssl/freebie/.