Een mogelijke oplossing voor het kortetermijngeheugenverlies van batterijloze apparaten

Onderzoekers streven al decennia naar een betere batterij. Een internationaal team presenteert nu een bijzondere nieuwe oplossing: helemaal geen batterij. Onder leiding van de TU Delft en de Amerikaanse Northwestern University hebben onderzoekers een nieuw systeem ontworpen en ontwikkeld waarmee batterijloze apparaten tijdens korte stroomonderbrekingen de tijd kunnen onthouden. Hiermee is een belangrijk probleem opgelost dat het onderzoek op dit gebied belemmerde.

Veel kleine, batterijloze apparaten die onderdeel uitmaken van het Internet of Things (IoT) zouden kunnen werken op basis van omgevingsenergie, zoals zonne-energie, kinetische energie en thermische energie. Als deze apparaten op grote schaal op de markt worden gebracht, belanden er veel minder gebruikte batterijen op de vuilstort. Batterijloze apparaten hebben echter regelmatig last van korte stroomonderbrekingen, omdat ze tussen energiebronnen schakelen.

‘Uiteraard heeft het weglaten van batterijen gevolgen,’ aldus Przemyslaw Pawelczak (TU Delft), een van de hoofdonderzoekers. ‘Het betekent een kleinere opslagcapaciteit en minder betrouwbaarheid. Daarnaast valt niet altijd te voorspellen hoeveel energie aan de omgeving kan worden onttrokken.’

‘Met dat in het achterhoofd hebben we nu een systeem gebouwd dat gefragmenteerde actieve periodes aan elkaar rijgt,’ vertelt Josiah Hester (Northwestern University), eveneens een van de hoofdonderzoekers. ‘We hebben een speciaal systeem gebouwd dat betrouwbaar de tijd bijhoudt voor IoT-apparaten, ook bij een groot aantal stroomonderbrekingen.’

De tijd werkt in ons voordeel
Het bijhouden van de tijd is voor elk computersysteem van groot belang. Het vormt de basis van vrijwel alle systeemservices en veiligheidsvoorzieningen en helpt de computer om actieve applicaties te controleren. De meeste mensen merken echter pas dat het systeem de tijd bijhoudt wanneer dat niet meer gebeurt.
Iedereen bij wie de stroom weleens is uitgevallen tijdens het gebruik van een computer weet hoe lastig het kan zijn om het systeem opnieuw op te starten. Dat kan enkele minuten duren, omdat de computer moet nagaan op welk punt de werking werd onderbroken en verschillende handelingen moet verrichten. En zelfs als de computer dan weer werkt, kan er toch niet-opgeslagen werk verloren zijn gegaan.

Als dat iedere keer gebeurt als een klein IoT-apparaat — bijvoorbeeld een smartwatch, fitnesstracker, beveiligingscamera, slimme thermostaat of medische sensor — even geen stroom krijgt, dan zijn deze apparaten gewoonweg onbruikbaar.

En dat is het mooie van het systeem van Hester en Pawelczak. Een klein apparaat houdt altijd de tijd bij, ook als de stroom even wordt onderbroken. Daardoor kan het snel opnieuw opstarten, zodat je misschien niet eens merkt dat de stroom werd onderbroken.

‘Ons apparaat kan de tijd en status snel reconstrueren op basis van “broodkruimels” die we hebben achtergelaten voordat de stroom uitviel,’ aldus Hester.