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Ora tutti possono costruire dispositivi elettronici senza batteria

L’anno scorso, gli ingegneri informatici della Northwestern University e della Delft University of Technology (TU Delft) hanno introdotto il primo Game Boy al mondo senza batteria, che raccoglie sia l’energia solare che l’energia cinetica dell’utente dalla pressione dei pulsanti per alimentare una durata illimitata di gioco.

Lo stesso team ora introduce una nuova piattaforma che consente a produttori, hobbisti e programmatori alle prime armi di costruire i propri dispositivi elettronici senza batteria che funzionano con energia intermittente e raccolta.

Chiamato BFree, il sistema include hardware per la raccolta dell’energia (BFree Shield) e una versione di Python resistente alle interruzioni di corrente, uno dei linguaggi di programmazione più accessibili e più utilizzati. Tutto ciò di cui l’utente ha bisogno è una conoscenza di base di Python per trasformare rapidamente e facilmente qualsiasi dispositivo intelligente fai-da-te (DIY) in una versione senza batteria. Con questa tecnologia, i programmatori alle prime armi possono ora trasformare il loro sensore di movimento a batteria fai da te, ad esempio, in un sensore a energia solare con una durata infinita.

La ricerca è stata presentata virtualmente a UbiComp 2021, la principale conferenza per l’ubiquitous computing. Gli utenti possono trovare istruzioni su come creare e utilizzare la nuova tecnologia su GitHub .

‘Fare la domanda sbagliata’

“In questo momento, è praticamente impossibile per gli hobbisti sviluppare dispositivi con hardware senza batteria, quindi volevamo democratizzare la nostra piattaforma senza batteria”, ha affermato Josiah Hester di Northwestern, che ha co-diretto il lavoro. “I produttori di Internet stanno chiedendo come prolungare la durata della batteria dei loro dispositivi. Stanno facendo la domanda sbagliata. Vogliamo che si dimentichino della batteria e pensino invece a modi più sostenibili per generare energia”.

“La comunità dei produttori è in genere più interessata a implementare rapidamente i propri dispositivi e questa rapidità non sempre va d’accordo con la sostenibilità”, ha affermato Przemyslaw Pawelczak di TU Delft, che ha co-diretto il lavoro con Hester. “Volevamo progettare un prodotto praticabile che potesse connettere questi due mondi”.

Hester è un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica e informatica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. È anche Allen K. e Johnnie Cordell Breed Junior Professor of Design. Pawelczak è un assistente professore nell’Embedded and Network Systems Group della TU Delft, dove dirige il Sustainable Systems Laboratory. Il loro team include Ph.D. candidati Vito Kortbeek, Abu Baker e Stefany Cruz.

Un’estensione incentrata sulla tecnologia della cultura fai-da-te, il Maker Movement comprende un gruppo eterogeneo di inventori, designer e programmatori di computer che costruiscono il proprio hardware e software per dispositivi elettronici, inclusi sensori di movimento, display, attuatori e altro ancora. In combinazione con il cloud computing, la capacità di sviluppare dispositivi veloci, economici e connessi consente l’Internet of Things (IoT). Questi fai-da-te realizzano di tutto, dai dispositivi di automazione domestica alle stazioni meteorologiche e tutto il resto.

Mentre il numero crescente di persone in grado di costruire e programmare dispositivi presenta un entusiasmante futuro per la tecnologia, Hester, Pawelczak e il loro team sono scoraggiati dal numero di batterie che verranno utilizzate e alla fine finiranno nelle discariche.

“Molte persone prevedono che avremo un trilione di dispositivi in ​​questo IoT”, ha detto Hester. “Ciò significa un trilione di batterie scariche o 100 milioni di persone che sostituiscono una batteria scarica ogni pochi minuti. Ciò presenta un terribile costo ecologico per l’ambiente. Quello che stiamo facendo, invece, è davvero dare energia alle persone. Vogliamo che tutti lo siano in grado di programmare i dispositivi senza sforzo in un modo più sostenibile.”

‘Invisibile’ per l’utente

Ma rinunciare semplicemente a una batteria non è così semplice come potrebbe sembrare. Quando i dispositivi bypassano la batteria e si affidano invece alla raccolta di energia, l’ alimentazione non è più costante. Se il sole va dietro una nuvola, ad esempio, l’energia solare potrebbe essere temporaneamente interrotta.

Con BFree, i ricercatori hanno risolto questo problema. La tecnologia consente ai dispositivi di funzionare perennemente con energia intermittente. Quando l’alimentazione viene interrotta, BFree mette in pausa i calcoli. Quando viene ripristinata l’alimentazione, riprende automaticamente da dove era stata interrotta senza perdere memoria o dover eseguire un lungo elenco di operazioni prima di riavviarsi. Ciò non solo consente di risparmiare energia, ma la tecnologia è anche più intuitiva per l’utente rispetto ai programmi tradizionali, che perdono completamente la memoria di ciò che è accaduto immediatamente prima di un’interruzione di corrente e devono ricominciare dall’inizio.

Per rendere il processo facile da usare, i ricercatori hanno codificato BFree con un software per interpretare i programmi Python per dispositivi senza batteria. Un utente deve solo collegare BFree Shield alla piattaforma del produttore Adafruit Metro M0 (o modificarlo leggermente per funzionare con altre piattaforme basate su CircuitPython) e quindi programmare il dispositivo come farebbe normalmente. Il software BFree si occupa del resto, consentendo al programma di funzionare senza batterie, esclusivamente dall’energia accumulata, e di funzionare perennemente in caso di interruzioni di corrente.

“Volevamo renderlo totalmente invisibile per l’utente finale”, ha affermato Kortbeek, che è un Ph.D. candidato nel gruppo di Pawelczak. “Quindi, abbiamo cercato di mantenere la stessa esperienza originale del dispositivo senza che l’utente vedesse come abbiamo modificato il software per interpretare i file Python per una tecnologia senza batteria “.

“Ora tutti possono costruire e programmare dispositivi intelligenti e sostenibili”, ha affermato Hester. “Questo rende la visione futura dell’ubiquitous computing più sostenibile, utile e rispettosa dell’ambiente”.

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