Iedereen kan nu batterijloze apparaten bouwen (Video)

Het platform, BFree genaamd, bestaat uit hardware om energie te oogsten (BFree Shield) en een aangepaste versie van Python (een van de meest toegankelijke en meest gebruikte programmeertalen) die bestand is tegen stroomuitval. Een beetje basiskennis van Python is eigenlijk al voldoende om snel en eenvoudig een batterijloze versie te maken van welk do-it-yourself (DIY) slim apparaat dan ook. Met deze technologie kunnen beginnende programmeurs bijvoorbeeld hun DIY-bewegingssensor op batterijen vervangen door een eeuwig werkende sensor op zonne-energie.

Het onderzoek wordt op woensdag 22 september digitaal gepresenteerd op UbiComp 2021, het belangrijkste congres op het gebied van ubiquitous computing. Makers kunnen hier de instructies vinden voor het gebruik van de nieuwe technologie .

De verkeerde vraag stellen
‘Voor hobbyisten is het tot nu toe vrijwel onmogelijk om apparatuur te ontwerpen op basis van batterijloze hardware. Daarom wilden wij het gebruik van ons platform voor iedereen toegankelijk maken,’ vertelt Josiah Hester die mede leiding gaf aan het onderzoek. ‘Veel makers op het internet vragen hoe ze de batterijduur van hun apparaten kunnen verlengen. Daarmee stellen ze eigenlijk een ietwat gekke vraag. We zien liever dat ze de batterij weglaten en dat ze zich richten op veel duurzamere manieren voor het genereren van energie.’

‘De makersbeweging is over het algemeen meer geïnteresseerd in het snel in gebruik nemen van hun systemen, en de snelheid waarmee zij dingen maken gaat niet altijd goed samen met duurzaamheid,’ vult Przemyslaw Pawelczak aan, die samen met Hester karttrekker van het onderzoek is. ‘We wilden een levensvatbaar product ontwerpen dat deze twee werelden kon verenigen.’

Het batterijprobleem van de makersbeweging
De makersbeweging – een op technologie gerichte extensie van de DIY-cultuur – is een hele diverse groep uitvinders, ontwerpers en computerprogrammeurs die hun eigen hard- en software bouwen voor elektronische apparaten als bewegingssensoren, schermen, actuatoren en vele andere toepassingen. Samen met cloud computing maakt het snel en goedkoop bouwen van gekoppelde apparaten het Internet of Things (IoT) mogelijk.

Hoewel een groeiend aantal mensen dat zelf apparaten kan bouwen en programmeren betekent dat technologie een spannende toekomst tegemoet gaat, maken de teams van Hester en Pawelczak zich vooral zorgen om de grote hoeveelheden batterijen die hierbij gebruikt gaan worden en die uiteindelijk op een stortplaats terechtkomen. ‘Veel mensen voorspellen dat het IoT uit een biljoen apparaten zal bestaan,’ vertelt Hester. ‘Dat zou echt een verschrikkelijke ecologische ramp tot gevolg kunnen hebben. Wij geven echt power to the people. We willen dat iedereen probleemloos én op een duurzame manier apparaten kan bouwen en programmeren.’

Onzichtbaar voor de gebruiker
Maar een batterij weglaten is natuurlijk niet zo eenvoudig als het misschien klinkt. Als een apparaat afhankelijk is van de geoogste energie, dan brengt dit onzekerheden met zich mee. Als bijvoorbeeld de zon achter een wolk verdwijnt, dan zal er tijdelijk geen zonne-energie beschikbaar zijn.

Met BFree hebben de onderzoekers dit probleem getackeld. Dankzij deze technologie kunnen apparaten eeuwig werken zonder continu over energie te beschikken. Als de stroom uitvalt, dan pauzeert BFree de berekeningen. Zodra er weer voldoende energie is, gaat het automatisch verder waar het gebleven is, zonder enig verlies aan geheugen en zonder eerst een lange reeks computerbewerkingen te hoeven uitvoeren voor de herstart. Behalve dat dit energie bespaart, is de technologie ook nog eens intuïtiever dan je normaal gesproken bij traditionele apparaten ziet. Die weten vaak niet meer wat er vlak voor de stroomonderbreking gebeurde en moeten dus weer helemaal van voor af aan beginnen.

Om tot een gebruiksvriendelijk proces te komen, hebben de onderzoekers BFree uitgerust met software die Python-programma’s kan interpreteren voor batterijloze apparaten. Een gebruiker hoeft alleen maar BFree Shield toe te voegen aan een (veelgebruikt) makersplatform om vervolgens het apparaat te programmeren zoals ze al gewend zijn. De BFree-software regelt de rest zodat het programma zonder batterijen werkt – oneindig lang, ondanks talloze stroomonderbrekingen en puur op basis van de geoogste energie.

‘We wilden het zoveel mogelijk aan het zicht van de eindgebruiker onttrekken,’ vertelt Vito Kortbeek, promovendus in Pawelczak’s groep. ‘Daarom hebben we geprobeerd de oorspronkelijke ervaring met het apparaat zoveel mogelijk hetzelfde te houden, zonder dat de gebruiker in de gaten heeft hoe we de software voor het interpreteren van de Python-bestanden hebben aangepast naar batterijloze technologie.’ En dat is goed nieuws, aldus Hester. ‘Iedereen kan nu duurzame, slimme apparaten bouwen en programmeren. Hiermee is de toekomstvisie voor ubiquitous computing duurzamer, nuttiger en milieuvriendelijker.’