研究人员发现了一种具有成本效益、低能耗的方法，使许多设备——如工业机器和实验设备——能够通过利用先前未使用的高频信号无缝交换数据。这项创新是用于无线数据传输设备的升级形式，通常称为标签。
研究人员发现了一种具有成本效益、低能耗的方法，使许多设备——如工业机器和实验设备——能够通过利用先前未使用的高频信号无缝交换数据。
这项新技术可以迅速使工业环境中的实时监控变得既便宜又高效。例如，它可以跟踪制造机器人状态，或在炼油厂中识别气体泄漏，而无需能耗较高的信号发射器。研究人员表示，随着一些工程进展，这项技术可以用于智能城市和农业等广泛应用。
本质上，这项技术是用于无线通信系统的标签的增强版。新标签可以通过一种称为反向散射的技术，在广泛的设备网络中实现数据传输。该过程涉及一个中央读卡器向传感器标签发送信号以收集信息，然后标签将环境信号直接反射回读卡器。虽然反向散射在无接触支付和建筑入门卡等简单系统中已经广泛应用，但直到现在，它只在低频率下可行。
低频率的限制在许多设备试图同时通信时会形成问题。附加信号的引入增加了它们相互干扰并变得混乱的可能性。此外，传统的反向散射系统往往通信速度较慢，因为低频信号限制了可以同时传输的数据量。
由普林斯顿大学、莱斯大学和布朗大学的研究人员开发的新标签是一项开创性的进展，利用亚太赫兹范围内的反向散射，该范围属于射频频谱的高频段。该范围支持快速数据传输，覆盖广泛的带宽。因此，利用被动标签使密集网络设备的信号传输成为可能，显著节省电力并减少与传统无线系统相比的基础设施需求。
普林斯顿大学电气与计算机工程助理教授、该研究的首席研究者Yasaman Ghasempour表示：“我坚信这项技术将在多种令人着迷的背景中得到应用。与传统观念相反，这项研究表明，在亚太赫兹范围内，实现低功耗、可扩展的通信是可以做到的。”
研究结果于10月9日发表在《自然通讯》上。
在高频率下利用反向散射存在挑战，因为信号在传播过程中会衰减，并需要高精度以覆盖长距离。“读卡器必须创建一个狭窄、聚焦的光束，指向标签的确切位置，而低功耗标签必须在不消耗能量的条件下复制这一点。这就是挑战所在，”Ghasempour解释道。
传统的反向散射标签使用基本天线向其源发送信号，这些天线通常向各个方向发射能量，导致只有极少量的能量到达读卡器。尽管一些复杂的标签能够定向其信号，但它们的能力有限，并且局限于狭窄的频率范围。Ghasempour指出，实现亚太赫兹反向散射需要彻底重新思考标签的设计。“使用过时的硬件方法并简单地扩大其规模是不够的，”她说。
为了克服这些限制，研究人员开发了一种全新的天线设计。这些创新的天线使信号方向能够根据频率变化自动调整。这种功能使标签能够指导信号以获得更长的通信范围，同时最小化来自其他信号的干扰。本质上，每个标签的干扰影响在空间和频谱上都受到限制。
Ghasempour表达了希望其他人会研究这篇论文并提升技术以用于先进应用的愿望。如果能够设法在系统中以低成本放大信号，这项技术可能会促进城市传感器网络的建设，以监测空气质量或交通流量。
标签也可以附加到交通标志上，以便被自动驾驶汽车检测，从而使它们能够在能见度受到雾或雪影响的情况下，传达诸如“停车”或“让行”等指令。在农业中，这项技术可能使得在田间或森林中形成广泛的土壤传感器网络，实时提供湿度或温度水平的洞察。
根据Ghasempour的说法，在这些系统中开发低功耗数据调制解调器是一个令人兴奋的研究领域，这一创新是朝着降低整个无线基础设施的成本和功耗的重要一步。
