Neveres, rentadores, termòstats, il·luminació o sistemes d’alarma. Avui en dia ja és molt comú que tot tipus d’electrodomèstics estiguin connectats a internet. És la Internet de les Coses (IoT): una xarxa d’objectes físics amb sensors i capacitat de processament que intercanvien dades a través d’internet o altres xarxes de comunicació, amb la finalitat d’automatitzar tasques i millorar l’eficiència de processos o la presa de decisions, entre d’altres. No es tracta d’una tendència exclusiva de les llars. També comença a arribar a tot tipus d’aplicacions en ciutats intel·ligents —gestió del trànsit, enllumenat públic o qualitat de l’aire—, en indústria —gestió d’inventaris o manteniment predictiu— o, fins i tot, en explotacions agrícoles —sensors meteorològics, reg intel·ligent o control de plagues.
Tot i que el potencial de la tecnologia de les dades per millorar l’eficiència i la qualitat de vida de les persones és innegable, a la pràctica plantegen reptes de gestió energètica. Sense anar més lluny, cada sensor d’un determinat sistema consumeix energia, i no sempre poden estar connectats a la xarxa elèctrica. Per tant, necessiten piles o bateries, elements amb una vida útil limitada i que impliquen un impacte ambiental elevat en la construcció i, un cop obsoletes, el desmantellament. A més, sovint el sensors estan situats en llocs de difícil accés i fer-ne el manteniment pot resultar feixuc i costós. Per fer front a aquesta problemàtica, investigadors del Departament d’Enginyeria Elèctrica, Electrònica i Automàtica de la URV proposen una solució que combina dues tecnologies amb una gran eficiència energètica: LoRa i backscattering.
LoRa (acrònim de l’anglès Long Range) és una tecnologia de transmissió de dades coneguda pel seu llarg abast i una taxa de transmissió relativament baixa. És una solució ideal en aplicacions en què no es requereix un enviament constant de dades, com els sensors de monitorització i és robusta pel que fa a la seguretat. La tecnologia de comunicació per backscattering —o retrodispersió—, per la seva banda, es basa en la reflexió de camps electromagnètics. En comptes de transmetre una senyal, que requereix força energia per alimentar els circuits del transmissor, s’utilitzen uns dispositius anomenats etiquetes RFID (acrònim anglès d’identificació per radiofreqüència) per reflectir una determinada senyal de ràdio. En fer-ho, les etiquetes modulen les ones de ràdio, cosa que permet al receptor determinar de quina etiqueta prové la informació. Aquests sistemes RFID son cada vegada més populars i s’utilitzen, per exemple, com alarmes antirobatori en centres comercials.
Un sistema d’alarma supereficient
Per provar el rendiment i la viabilitat de combinar les dues tecnologies l’equip investigador ha optat per aplicar-les en un cas pràctic: un sistema d’alarma domèstic. El disseny que proposen utilitza sensors d’obertura, que monitoren l’estat de portes i finestres. Com que només s’activen de forma esporàdica, són grans candidats per aplicar-hi aquesta tecnologia de baix consum. El sistema consta d’un aparell central que envia i llegeix senyals LoRa i d’una sèrie de sensors perifèrics. El sistema central monitora l’estat de portes o finestra que inclouen una etiqueta RFID. Quan un sensor registra un canvi, activa l’etiqueta d’identificació per radiofreqüència. Aquesta reflecteix la senyal de radio de l’emissor LoRa i el modula perquè el receptor identifiqui quina porta o finestra s’ha obert.
Però, aquest procés no consumeix energia? Doncs sí, però tan poca que no cal alimentar aquests aparells perifèrics amb una bateria. En comptes d’això, els investigadors del grup NEPHOS han optat per utilitzar un supercondensador. Aquests components electrònics que emmagatzemen energia elèctrica —en quantitats menors que les bateries o les piles— són més respectuosos amb el medi ambient en la seva fabricació i tenen una vida útil molt més llarga que les bateries de liti convencionals. Per mantenir el supercondensador carregat, cada sensor incorpora una petita cèl·lula fotovoltaica, que funciona amb llum ambiental —de la mateixa manera que ho fan algunes calculadores. Ja que la major part del temps el sensor no registra moviment i no ha d’activar les etiquetes RFID, el sistema pot acumular energia per la propera intervenció.
A banda de dissenyar el sistema, l’equip de la URV també l’ha implementat. Primer van fer-ho al laboratori, on es va testar el temps de càrrega del supercondensador i la capacitat dels sensors per operar en condicions de poca llum. Les proves van determinar que el sistema presenta un consum extremadament baix, fent possible l’ús de llum ambiental per abastir els aparells. També van poder comprovar que el supercondensador pot aportar energia al sistema durant més de vint hores en absència total de llum, oferint una protecció sostinguda en el temps. “És un sistema invisible per l’usuari, que una vegada instal·lat funciona de manera autònoma i pràcticament indefinida”, celebra Marc Lázaro Martí, investigador del Departament d’Enginyeria Elèctrica, Electrònica i Automàtica de la URV.
Després, va arribar l’hora de traslladar el disseny a l’entorn domèstic. En aquesta prova de camp, els investigadors van validar la resistència del sistema a les interferències i la capacitat d’abast de la tecnologia LoRa, que va resultar ser especialment adequada en aplicacions interiors. El conjunt va funcionar correctament en distàncies lineals de més de 80 metres i va demostrar ser totalment fiable en un pis de 150 metres quadrats. Pel que fa a l’escalabilitat del sistema, el seu potencial és sorprenent: suporta més de 600 sensors en el mateix canal de freqüència, sent capaç d’identificar cadascun d’ells, una capacitat fora de l’abast dels sistemes convencionals. Cabria esperar que, amb un rendiment tan elevat, aquesta sigui una tecnologia cara. Res més lluny de la realitat: el cost de cada sensor se situa al voltant dels vint euros.
Més enllà de la seguretat
Aquesta recerca, publicada en un article a la revista Scientific Reports, obre la porta a l’aplicació de sistemes invisibles per l’usuari, amb un manteniment gairebé nul, a tot tipus de sectors. Es tracta d’una solució especialment atractiva davant reptes que requereixen d’instal·lacions perpètues o que s’han de col·locar en llocs de difícil accés, impossibilitant-ne un manteniment adequat. Les possibilitats són gairebé infinites: la monitorització del trànsit, agricultura intel·ligent, wearables o dispositius mèdics implantats, entre moltes d’altres. Si la tendència a connectar-ho tot ha arribat per quedar-se, cal trobar solucions com aquesta per fer-ho de la manera més sostenible i respectuosa amb el medi ambient possible.