Pioniers van de draadloze revolutie

Toekomstdroom: een geheel draadloze wereld, zowel voor communicatie als voor energie. Op papier lijkt het niet eens zo spannend, maar de gevolgen zijn nauwelijks te overzien. Zeker niet als apparaten straks in theorie het eeuwige leven hebben en allemaal onderling met elkaar communiceren. Een wandelinterview met Przemek Pawelczak en Marco Zuniga. Twee pioniers van de draadloze revolutie. ‘Een briljant idee bedenken is niet zo moeilijk, het realiseren is veel lastiger.’

Eerst even een privé-college. Przemek Pawelczak – universitair docent bij de groep Embedded Software – wijst naar een witte router aan een muur. Van dit soort apparaten kent deze ruimte er over tien jaar een stuk meer, verwacht hij. Ze zenden dan niet alleen data, maar ook energie. Naar onze mobiele telefoons bijvoorbeeld.

We lopen door een collegezaal en staan stil bij de stopcontacten in de trapdelen. Die zijn over tien jaar misschien wel verleden tijd. Al zal de hoeveelheid energie die we door de lucht kunnen ‘verzenden’ altijd beperkt blijven. Want blootstelling aan grote hoeveelheden energie is erg ongezond, of het roostert je ter plekke. Maar kleine stroompjes kunnen wel. Sterker nog, die gebruiken we nu al. Onze ov-chipkaart heeft geen batterij, maar communiceert wel met de toegangspoortjes op de stations. Dat is het begin. Pawelczak speculeert: ‘Over zeg tien jaar hebben we mobiele telefoons die zelf zeer weinig energie verbruiken. De energie die het apparaat uit de lucht oppikt, is voldoende. Wij verkennen de draadloze revolutie. De combinatie van draadloze energie en communicatie.’

De ultieme draadloosheid

Geen snoeren meer, de gevolgen hiervan kunnen verstrekkend zijn. Dat de behoefte aan draadloos dataverkeer de komende decennia exponentieel zal toenemen, staat buiten kijf. De hoeveelheid data die iedereen gebruikt, neemt enorm toe en steeds meer wereldburgers willen onderdeel uitmaken van de digitale samenleving. The internet of things (apparaten die allemaal kleine chips in zich dragen en onderling met elkaar communiceren) is bezig aan een langzame maar zekere opmars.

Radio kan deze enorme toename van draadloos dataverkeer niet meer alleen opvangen en er wordt gezocht naar alternatieven. Welkom in het tijdperk van de ultieme draadloosheid, het toekomstbeeld dat Przemek Pawelczak (roots: Polen) en Marco Zuniga (roots: Peru) onderzoeken. Ieder op geheel eigen wijze.

Data doorgeven met licht

Centraal in de techniek die Przemek Pawelczak onderzoekt, is het principe van backscatter. Je apparaat, zijnde niet de energiebron, verzendt zelf geen energie, maar kaatst energie terug, afkomstig van hetzelfde apparaat dat ook de data verzendt en ontvangt. Daarbij wordt informatie verzonden door – simpel gezegd – de energie met behulp van een transistor snel ‘aan en uit te zetten’.

De vraag die Marco Zuniga en zijn collega’s stellen: kunnen we lichtbronnen ook gebruiken voor dataverkeer? Zuniga, ook universitair docent van de groep Embedded Software, wijst naar een lamp aan het plafond. En doceert: ‘Communiceren met licht is al zo oud als de lamp zelf. Denk aan het doorgeven van morsetekens door een lamp aan en uit te zetten. Alleen: met een ouderwetse lamp bits en bytes verzenden schiet niet op, want die kun je niet snel aan en uit zetten. Met ledlampen is dat anders, die kunnen dat razendsnel. En zonder dat je dat als mens ziet. Om de vergelijking met computers door te trekken: lamp uit is dan bijvoorbeeld de 0, lamp aan de 1. Het grote voordeel is: lampen zijn overal, en in de toekomst zijn het waarschijnlijk allemaal ledlampen.’

Waar dat toe kan leiden? Lantaarnpalen ‘praten’ straks met elkaar en kunnen gezamenlijk bepalen wanneer ze het beste aan en uit kunnen gaan en voor wie. Auto’s communiceren onderling middels hun lampen en verminderen zo de kans op files en botsingen. Of auto’s communiceren via hun koplampen met verkeerslicht om zo de doorstroom te optimaliseren. ‘The Internet of Lights’, noemt Zuniga dat.

Alles heeft straks een geheugen

Stel die volledig draadloze wereld komt er, wat zien we daarin nog meer? Een wereld waarin alle objecten en levende wezens een chip bij zich dragen. Die chips communiceren allemaal met elkaar. En hebben allemaal een geheugen. Er is weinig fantasie voor nodig om te bedenken dat de mogelijkheden onbeperkt zijn.

Pawelczaks huidige onderzoekswerk raakt direct aan dat toekomstige netwerk van the internet of things. Als je een kleine chip of tag in een object of levend wezen plaatst, haal je die er liever niet meer uit. Want dan moet je een muur slopen, een stoel demonteren of onhandiger nog: een koe of mens opereren. ‘Dus gebruiken we het liefst apparaatjes die van zichzelf geen energie nodig hebben. En die je op afstand kunt herprogrammeren.’ Dan hebben chips in theorie het eeuwige leven.

Nieuwe digitale revolutie?

Ze zijn typische electrical engineers; beide benen op de grond, gewend verder te bouwen aan iets dat al bestaat. Pawelczak: ‘Wij bedrijven toegepaste wetenschap.’ Het wordt weleens onderschat, vinden ze, hoe lastig het vaak is om een idee om te zetten in een praktische toepassing waar een bedrijf brood in ziet. Lees: commerciële potentie. Zuniga: ‘Mensen denken vaak dat een briljant idee de kern van je succes vormt. Maar gekke ideeën bedenken is op zich niet zo moeilijk. Om een goed idee om te zetten in een concrete case en te realiseren is veel lastiger.’

Roulette

Begrijp hen niet verkeerd, je hoort ze geen moment klagen, integendeel. Marco Zuniga: ‘In het bedrijfsleven zou ik veel meer kunnen verdienen. Maar hier leer ik, hier blijf ik mezelf constant ontwikkelen en uitdagen.’ Onderzoek als dat van hen is vergelijkbaar met al je geld zetten op één nummer aan de roulettetafel. De kans op succes is klein, maar als je wint, zijn de opbrengsten enorm. Przemek Pawelczak: ‘Maar je begrijpt, dat kan nooit je enige drijfveer zijn. Wat veel belangrijker is: we hebben er lol in. Het is ontzettend leuk om met dit soort technische mogelijkheden te spelen en daarbij collega’s en studenten elke dag weer te inspireren.’

Data via licht: hoe regel je tweerichtingsverkeer?

Data via licht naar een object zenden, dat kan, in theorie, met supersnel knipperende ledlampen. Maar hoe krijg je data terug als aan de andere kant geen lichtbron aanwezig is die kan terug knipperen, zoals bijvoorbeeld je mobiele telefoon? Een van de mogelijkheden die Zuniga en zijn collega’s onderzoeken, is het gebruik van ontvangers met reflecterend materiaal. ‘Stel je hebt een auto met een reflecterend dak. Daar zou je een soort grote barcode op kunnen zetten. Het licht van de zon reflecteert dan de unieke barcode en daarmee data.’ Op die manier kan bijvoorbeeld eenvoudig de locatie van de auto worden getraceerd. Je kunt ook gebruik maken van kunstlicht, voor bijvoorbeeld het traceren van een persoon of het bijhouden van voorraden in een ziekenhuis of fabriek.’

Tekst: Stan van Herpen | Fotografie: Marcel Krijger en Sam Rentmeester | Mei 2016