Инженеры Вашингтонского университета представили новый способ общения, который позволяет таким устройствам, как мозговые имплантаты, контактные линзы, кредитные карты и небольшая носимая электроника, взаимодействовать с повседневными устройствами, такими как смартфоны и часы.
Это новое «межразбросовое общение» работает путем преобразования сигналов Bluetooth в передачи Wi-Fi по воздуху. Используя только отражения, устройство рассеяния, такое как интеллектуальная контактная линза, преобразует сигналы Bluetooth от умных часов, например, в передачи Wi-Fi, которые могут быть приняты смартфоном.
Новый метод описан в статье, которая будет представлена в августе. 22 ноября на ежегодной конференции Специальной группы по передаче данных Ассоциации вычислительной техники (SIGCOMM 2016) в Бразилии.
«Беспроводная связь для имплантированных устройств может изменить то, как мы управляем хроническими заболеваниями», – сказал соавтор Викрам Айер, докторант в области электротехники из UW. "Например, контактные линзы могут контролировать уровень сахара в крови диабетиков в слезах и отправлять уведомления на телефон, когда уровень сахара в крови снижается."
Из-за своего размера и расположения в теле эти умные контактные линзы слишком ограничены потребляемой мощностью, чтобы отправлять данные с помощью обычных беспроводных передач.
Это означает, что они до сих пор не могли отправлять данные с помощью Wi-Fi на смартфоны и другие мобильные устройства.
Те же требования также ограничивают новые технологии, такие как имплантаты мозга, которые лечат болезнь Паркинсона, стимулируют органы и могут однажды даже реанимировать конечности.
Команда инженеров-электриков и компьютерных ученых из UW впервые продемонстрировала, что устройства с ограниченным энергопотреблением такого типа могут «разговаривать» с другими, используя стандартную связь Wi-Fi.
Их система не требует специального оборудования, полагаясь исключительно на мобильные устройства, которые обычно встречаются у пользователей, для генерации сигналов Wi-Fi, потребляя в 10000 раз меньше энергии, чем обычные методы.
«Вместо того, чтобы генерировать сигналы Wi-Fi самостоятельно, наша технология создает Wi-Fi, используя передачи Bluetooth с соседних мобильных устройств, таких как умные часы», – сказал соавтор Вамси Талла, недавний аспирант UW в области электротехники, который сейчас является научный сотрудник отдела компьютерных наук и инженерии.
Процесс команды основан на технике связи, называемой обратным рассеянием, которая позволяет устройствам обмениваться информацией, просто отражая существующие сигналы. Поскольку новый метод позволяет осуществлять межтехнологическую связь с помощью сигналов Bluetooth для создания передач Wi-Fi, команда называет это «взаимным рассеянием»."
Для связи Interscatter используются радиомодули Bluetooth, Wi-Fi или ZigBee, встроенные в обычные мобильные устройства, такие как смартфоны, часы, ноутбуки, планшеты и гарнитуры, которые служат как источниками, так и приемниками этих отраженных сигналов.
В одном примере, продемонстрированном командой, умные часы передают сигнал Bluetooth на смарт-контактную линзу, оснащенную антенной. Чтобы создать чистый лист, на котором можно записать новую информацию, команда UW разработала инновационный способ преобразования передачи Bluetooth в «однотональный» сигнал, которым можно далее манипулировать и преобразовывать.
Благодаря обратному рассеянию этого однотонального сигнала контактная линза может кодировать данные – например, информацию о состоянии здоровья, которую она может собирать – в стандартный пакет Wi-Fi, который затем может быть прочитан смартфоном, планшетом или ноутбуком.
«Устройства Bluetooth рандомизируют передачу данных с помощью процесса, называемого скремблированием», – сказал ведущий преподаватель факультета Шьям Голлакота, доцент кафедры информатики и инженерии. «Мы придумали способ перепроектировать этот процесс скремблирования для отправки однотонального сигнала с устройств с поддержкой Bluetooth, таких как смартфоны и часы, с помощью программного приложения."
Проблема, однако, заключается в том, что процесс обратного рассеяния создает нежелательную зеркальную копию сигнала, которая потребляет больше полосы пропускания, а также мешает работе сетей на зеркальном канале Wi-Fi.
Но команда UW разработала метод, называемый «обратное рассеяние с одной боковой полосой», чтобы устранить непреднамеренный побочный продукт.
«Это означает, что мы можем использовать такую же пропускную способность, как и сеть Wi-Fi, и при этом другие сети Wi-Fi могут работать без помех», – сказал соавтор и докторант электротехники Брайс Келлог.
Исследователи, работающие в Лаборатории сетей и мобильных систем и Лаборатории сенсорных систем UW, создали три демонстрации концепции для ранее неосуществимых приложений, включая интеллектуальную контактную линзу и имплантируемое устройство нейронной записи, которое может напрямую связываться со смартфонами. и часы.
«Сохранение срока службы батареи очень важно в имплантированных медицинских устройствах, поскольку замена батареи в кардиостимуляторе или стимуляторе мозга требует хирургического вмешательства и подвергает пациентов потенциальному риску этих осложнений», – сказал соавтор Джошуа Смит, доцент кафедры электротехники и компьютеров. наука и техника.
"Interscatter может включить Wi-Fi для этих имплантированных устройств, потребляя при этом всего десятки микроватт энергии."
Помимо имплантированных устройств, исследователи также показали, что их технология может применяться в других приложениях, таких как смарт-кредитные карты. Команда создала прототипы кредитных карт, которые могут напрямую общаться друг с другом, отражая сигналы Bluetooth, поступающие со смартфона.
Это открывает возможности для смарт-кредитных карт, которые могут напрямую взаимодействовать с другими картами, и позволяют приложениям, в которых пользователи могут разделить счет, просто сопоставляя свои кредитные карты вместе.
«Предоставление возможности этим повседневным предметам, таким как кредитные карты, – в дополнение к имплантированным устройствам – связываться с мобильными устройствами, может раскрыть всю мощь повсеместного подключения», – сказал Голлакота.