Теперь каждый может создавать LoT-устройства

В прошлом году компьютерные инженеры из Северо-Западного университета и Делфтского технологического университета представили первый в мире Game Boy без батареек, который использует как солнечную энергию, так и кинетическую энергию пользователя.

Что такое Bfree?

Теперь эта же команда представляет новую платформу, которая позволяет производителям, любителям и начинающим программистам создавать собственные электронные устройства без батареек, работающие от периодически собираемой энергии.

Система, названная BFree, включает в себя оборудование для сбора энергии (BFree Shield) и версию Python, одного из самых доступных и наиболее используемых языков программирования, устойчивую к сбоям питания.

Все, что нужно пользователю, - базовое понимание Python, чтобы быстро и легко превратить любое умное устройство в версию без батареек. Теперь с помощью этой технологии начинающие программисты могут превратить свой датчик, работающий от батареек, например, в датчик, работающий от солнечных батарей, с бесконечным сроком службы.

Исследование было представлено на UbiComp 2021, ведущей конференции по повсеместным вычислениям. Пользователи могут найти инструкции по созданию и использованию новой технологии на GitHub.

'Задавая неправильный вопрос

"Сейчас любителям практически невозможно разрабатывать устройства с аппаратным обеспечением без батареек, поэтому мы хотели демократизировать нашу платформу без батареек", - говорит Джозайя Хестер из Северо-Западного университета/

Теперь самому можно создавать Lot-устройства

"Криэйторы по всему интернету спрашивают, как продлить время автономной работы своих устройств. Они задают неправильный вопрос. Мы хотим, чтобы они забыли о батарее и вместо этого подумали о более устойчивых способах получения энергии".

"Сообщество мейкеров обычно больше заинтересовано в быстром внедрении своих устройств, а такая быстрота не всегда сочетается с устойчивостью", - рассказывает Пшемыслав Павельчак из ТУ Делфт, который руководил работой вместе с Хестером.

"Мы хотели разработать жизнеспособный продукт, способный соединить эти два мира".

Хестер - доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и информатики Северо-Западной инженерной школы Маккормик. Он также является младшим профессором дизайна Аллена К. и Джонни Корделл Брид. Павельчак - доцент в группе встраиваемых и сетевых систем в ТУ Делфт, где он возглавляет лабораторию устойчивых систем. В их команду входят кандидаты наук Вито Кортбик, Абу Бейкер и Стефани Круз.

Движение мейкеров, являющееся технологическим продолжением культуры "сделай сам", включает в себя разнообразную группу изобретателей, дизайнеров и программистов, которые создают собственное оборудование и программное обеспечение для электронных устройств, включая датчики движения, дисплеи, исполнительные механизмы и многое другое.

В сочетании с облачными вычислениями возможность создавать быстрые, дешевые и подключаемые устройства позволяет проектировать Интернет вещи - IoT. Последние включают в себя все - от устройств домашней автоматизации до метеорологических станций и всего, что находится между ними. То есть городские и публичные пространства.

Хотя растущее сообщество людей, которые могут создавать и программировать устройства, представляет собой захватывающее будущее для технологий, Хестер, Павельчак и их команда обескуражены количеством батарей, которые будут использоваться и, в конечном счете, окажутся на свалках.

"Многие предсказывают, что в системе IoT будет триллион устройств", - поясняет Хестер. - Это означает триллион севших батареек или 100 миллионов человек, заменяющих севшую батарейку каждые несколько минут. Ужасная экологическая цена для окружающей среды. Вместо этого мы действительно отдаем власть людям. Мы хотим, чтобы каждый мог без особых усилий программировать устройства более экологичным способом".

Невидимый" для пользователя

Но просто отказаться от батареи не так просто, как может показаться. Когда устройства обходятся без батареи и вместо этого полагаются на сбор энергии, источник питания уже не является постоянным. Например, если солнце скрывается за облаками, то солнечная энергия может быть временно отключена.

С помощью BFree исследователи решили эту проблему. Технология позволяет устройствам постоянно работать с прерывистой энергией. Когда питание останавливается, BFree приостанавливает вычисления.

При возобновлении питания он автоматически возобновляет работу, не теряя память и не выполняя длинный список операций перед перезапуском. Технология не только экономит энергию, но и более интуитивно понятна для пользователя, чем традиционные программы, которые теряют всю память о том, что происходило непосредственно перед отключением питания, и требуют перезапуска с самого начала.

Чтобы сделать процесс удобным для пользователя, исследователи закодировали BFree с помощью программного обеспечения для интерпретации программ Python для устройств без батареек. Пользователю достаточно прикрепить щит BFree к платформе Adafruit Metro M0 (или немного модифицировать его для работы с другими платформами на базе CircuitPython), а затем запрограммировать устройство, как это обычно делается. Программное обеспечение BFree позаботится обо всем остальном, позволяя программе работать без батарей - только за счет собранной энергии - и работать постоянно при перебоях в электроснабжении.

"Мы хотели сделать его совершенно незаметным для конечного пользователя", - говорит Кортбик.

"Поэтому мы постарались сохранить первоначальные ощущения от работы устройства, чтобы пользователь не видел, как мы изменили программное обеспечение, чтобы интерпретировать файлы Python для технологии без батарей".

"Теперь каждый может создавать и программировать умные, устойчивые устройства", - уверен Хестер.

"Это делает будущее видение повсеместных вычислений более устойчивым, полезным и экологически ответственным".