Con el desarrollo de dispositivos IoT cada vez más pequeños, como sensores, se requieren de baterías minúsculas o receptores de activación que mantienen los dispositivos en modo de reposo cuando no están en uso para alargar la vida útil de la batería. Un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han desarrollado un nuevo receptor despertador que tiene menos de una décima parte del tamaño de los dispositivos anteriores y consume solo unos pocos microvatios de energía.
Muchos tipos comunes de receptores despertadores se construyen en la escala de centímetros, ya que sus antenas deben ser proporcionales al tamaño de las ondas de radio que utilizan para comunicarse. En cambio, el equipo del MIT construyó un receptor, con un tamaño de poco más de 1 milímetro cuadrado, que utiliza ondas de terahercios, que tienen aproximadamente una décima parte de la longitud de las ondas de radio.
Los investigadores usaron su receptor despertador para demostrar una comunicación inalámbrica efectiva con una fuente de señal que estaba a varios metros de distancia, mostrando un rango que permitiría usar su chip en sensores miniaturizados.
Las ondas de terahercios, que se encuentran en el espectro electromagnético entre las microondas y la luz infrarroja, tienen frecuencias muy altas y viajan mucho más rápido que las ondas de radio. Sin embargo, las ondas tienen frecuencias tan altas que los receptores de terahercios a menudo multiplican la señal de terahercios por otra señal para alterar la frecuencia, un proceso conocido como modulación de mezcla de frecuencias. La mezcla de terahercios consume una gran cantidad de energía.
Para solucionar este problema, los investigadores desarrollaron un detector de consumo de energía cero que puede detectar ondas de terahercios sin necesidad de mezclar frecuencias. El detector utiliza un par de diminutos transistores como antenas, que consumen muy poca energía. Incluyendo ambas antenas en el chip, el receptor despertador posee un tamaño de solo 1,54 milímetros cuadrados y ofrece un consumo de menos de 3 microvatios de potencia. Esta configuración de antena dual maximiza el rendimiento y facilita la lectura de las señales.
Una vez recibidos, el chip amplifica una señal de terahercios y luego convierte los datos analógicos en una señal digital para su procesamiento. Esta señal digital lleva un token, que es una cadena de bits (0 y 1). Si el token corresponde al token del receptor despertador, activará el dispositivo.
Seguridad del receptor despertador
Para garantizar la seguridad del dispositivo, el equipo del MIT agregó un bloque de autenticación que utiliza un algoritmo para aleatorizar el token del dispositivo cada vez, usando una clave que se comparte con remitentes confiables. Esta clave actúa como una contraseña: si un remitente conoce la contraseña, puede enviar una señal con el token correcto. Para ello, se utiliza una técnica conocida como criptografía ligera, que garantiza que todo el proceso de autenticación solo consuma unos pocos nanovatios de energía adicionales.
Probaron su dispositivo enviando señales de terahercios al receptor despertador a medida que aumentaban la distancia entre el chip y la fuente de terahercios. De esta manera, comprobaron la sensibilidad de su receptor, que alcanzaba una distancia de 5 a 10 metros.
Pero para ser más efectivas, las ondas de terahercios deben golpear el detector de manera directa. Si el chip está en ángulo, se perderá parte de la señal. Entonces, los investigadores combinaron su dispositivo con una matriz orientable de haz de terahercios, para dirigir con precisión las ondas. Con esta técnica, la comunicación podría enviarse a varios chips con una pérdida de señal mínima.