La durata della batteria è un problema importante nei dispositivi indossabili e che funzionano con batterie (per esempio cellulari, sensori, smart watches ). Idealmente, dovrebbero essere sempre pronti a ricevere i segnali di controllo senza consumare molta energia. I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato un ricevitore che con consuma energia per la comunicazione tattile che raccoglie la sua energia direttamente dal segnale ricevuto.
Avere dispositivi elettronici sempre pronti a funzionare al nostro comando ha un costo. Secondo alcune stime, il consumo energetico di televisori, lettori DVD, lavatrici e altri apparecchi in modalità standby rappresenta fino a un quarto dell’energia elettrica totale utilizzata in una famiglia media. Anche se questo è certamente uno spreco deplorevole, il problema diventa ancora più cruciale per i dispositivi alimentati a batteria, in particolare per la nuova generazione appartenente all’Internet of Things e per dispositivi indossabili come fitness tracker per il fitness o monitoraggio della salute e gli smart wathces.
Vogliamo che i dispositivi elettronici siano costantemente pronti a ricevere input, ma ciò significa che consumeranno continuamente energia e le batterie si scaricheranno velocemente. Inoltre, se i segnali di controllo trasmessi dalla radio sono trasmessi continuamente (come per le macchine che si aprono quando le chiavi sono vicine) possono creare problemi in termini di privacy e sicurezza. Michele Magno, ricercatore presso il Dipartimento di Informatica e Ingegneria Elettrica presso il politecnico (ETH) di Zurigo, ha ora trovato un modo intelligente per affrontare questi problemi.
“Il segreto è raccogliere energia direttamente da un trasmettitore tramite il semlice tocco per ricevere e processare un commando di wake-up “ spiega Magno, che ha lavorato per diversi anni su sistemi di recupero energia per sistemi elettronici e radio wake up low power. L’idea del nuovo dispositive è originata da un incotro con i ricercatori del Disney Research Lab di Zurigo, che erano interessati a realizzare dispositivi attivati con un tocco da mettere in giocattoli, parchi di divertimenti e altri dispositivi mobili. “Loro avevano una soluzione dove I riceviori avevano un consmo eccessivo che avrebbe consumato le batterie in poche ore, e il loro gruppo non ha voluto seguire il mio consiglio di collaborare per avere un zero-power receiver, quindi alla fine non c’è nessuna collaborazione” dice Magno, ma aggiunge: “In ogni caso, la mia curiosità era stata attivata, perché io davvero credevo che questa nuova tecnologia sarebbe stata di sicuro successo solo se non consumava niente, e ero convinto che si potesse realizzare se studiata e ideata bene. Quinid, ho iniziato a lavorare e studiare la nuova tecnologia quando avevo un po’ di tempo libero sulle scadenze del mio lavoro, e poi con l’aiuto di due ottimi studenti, uno di loro oggi PhD student, Philipp Mayer, e Raphale Strebel
Energy harvesting by “touch”.
L’idea e il dispositivo di Magno è stato sottomesso all’ European Patent Office ed è il primo dispositivo al mondo per touch communication che funziona senza batterie. Il suo principio è semplice ma realizzarlo è stata una sfida. Il dispositivo infatti deve funzionare senza batterie e recuperare sia l’energia che i dati dal trasmettitore viaggiando sul corpo umano. Quindi prima di ricevere il dato, viene generato anche un dato fittizio che serve solo per dare l’energia sufficiente a funzionare. Il segnale di energia dura solo qualche millisecondo quindi il ricevitore è ultra veloce. L’energia viene accumulata in un capacitore e serve a alimentare tutto il ricevitore incluso in mini-processore low power che può elaborare i dati e attivare altri dispositive elettronici (per esempio un giocatto, l’apertura di una porta, l’accensione di un elettrodoecstico). Quindi altri dispositivi elettronici che consumano molta energia posso andare in modalità di basso consumo consumando ZERO ma apettando il risveglio del riceviore tocuh di Magno.
“In questo modo è davvero possibile usare il ricevitore senza batteria in tantissime applicazioni” spiega Magno “ pensa per esempio alla tua macchina che davvero riconsce che sei tu e apre le porte quando la tocchi senza I problemi di sicurezza dei sistemi a radio frequenza che spesso vengono attaccati dai ladri”. Infatti,questo è un sistema che può essere molto più sicuro dei sistemi tradizionali a radio frequenza (ad esempio RFID/NFC), nei quali i segnali vengono trasmessi via radio e possono essere catturati anche a metri di distanza da malintenzionati. Un’altra area molto interessante è la possibilità di comunicare con dispositivi sul corpo della stessa persona (intra-body communication) per esempio con dispositive che sono sul braccio (smart-wacht) o sul piedi (scarpe) o in mano(smartphone) tutto senza usare le radio ma I dati viaggiano sempre sul tuo corpo. Oppure è possibile anche scambiare informazioni con dispositivi sul corpo di altre persone (extrabody) e quindi per esempio si potrebbero scambiare dati ma anche biglietti da visita solo dandosi la mano. Magno e i suoi colleghi hanno dimostrato che la comunicazione può avvenire su tutto il corpo dalla testa ai piedi.
“Quando Michele Magno parla del suo lavoro, l’entusiasmo è palpabile, e ha ambiziosi piani per il suo futuro. In fatti con l’aiuto del transfer office pensa di creare start-up che lavoreranno su dispositivi intelligenti con bassissimi consumi o che funziona con recupero dell’energia dall’ambiente. Quindi non solo l’importantissimo touch reciever ma anche altre applicazioni dal monitoraggio di treni, a sistemi di localizzazione con alta precisione e basso consumo, dispositivi indossabili e con intelligenza artificale e tanti altri. Per arrivare al punto a cui è ora, Magno ha seguito tantissmi progetti europei e una decina di Phd Student e moltissimi student di master che ha seguito nella sua carriera universitaria. Magno è partito da un PhD in Elettronica ottenuto con il massimo dei voti a Bologna nel 2010, all’interno del PhD è stato anche 8 mesi in ETH Zurich. Dopo il suo dottorato, è stato per quasi 3 anni ricercatore in Iralanda lavorando sia per il Tyndall Institute, che per l’University College Cork. Inoltre è stato ricercatore e visiting professor all’Università di Nizza. Durante la sua carriera ha rifiutato posizioni di professore in altre Università per poter essere ricercatore al politecnico di Zurigo nel gruppo del Prof- Benini nel gruppo di Circuiti e sistemi digitali. La sua motivazione è semplice dice: “ Cosa posso fare nella mia attuale posizione come ricercatore ad ETH, non posso farla come professore in nessuna università europea, qui le condizioni sono piu che ideali”. Intanto recentemente è stato arruolato in ETH con un contratto a tempo indeterminato piu’ che meritato.
Ha ancora legami con l’università di Bologna con diversi professori e in cui ha un piccolo contratto come ricercatore a contratto, che gli permette di supervisionare ottimi studenti con i quali ad esempio ha vinto una competizione internazionale inventando uno casco intelligente.
Quando non è impegnato con il suo lavoro inventando nuovi dispositivi, gli piace spendere il suo tempo con la sua famiglia: la sua moglie Francese Gwladys che ha incontrato in Irlanda, e le sue piccole gemelline nate a Zurigo, e un altro figlio è in arrivo. E chi lo sa magari un giorno le sue figlie potrebbero avere qualche giocatolo che è stato inventato dal padre”.
