Vědci z Washingtonské univerzity představili nový typ kamery, která dokáže streamovat HD video bez toho, aniž by byla napájená standardní cestou nebo obsahovala baterii. Nový přístup k řešení problémů totiž přinutil inženýry změnit běžnou architekturu, kterou kamery používají a řádově snížit spotřebu na straně samotné kamery.
Minulý týden jsme psali o miniaturní kameře, která v rámci snímacího čipu obsahuje i solární články, díky kterým dokáže fungovat bez baterie. Rozlišení je ale zatím extrémně nízké a obraz je zatím pouze černobílý. Tentokrát se ale podíváme na jiný typ kamery, která funguje mnohem lépe a nepotřebuje ani žádné světlo pro napájení.
Překopaná architektura
Standardní kamera se skládá ze tří hlavních částí – samotného senzoru, který snímá analogové pixely, dále pak procesoru, který převádí analogový signál senzoru na digitální data a v poslední řadě antény, která pak daný signál bezdrátově vysílá do externího zařízení.
Zatímco snímací senzor je velmi úsporný a jeho spotřeba je v oblasti mikrowattů, část převaděče a antény je na tom výrazně hůře – spotřeba je v oblasti wattů. Vědci tak vymysleli novou architekturu, která odstraní tyto dva komponenty s vysokou spotřebou mimo kameru přímo do „hubu“, neboli externího zařízení, které je například připojené do elektřiny nebo má k dispozici velkou baterii. Ve finální fázi tak dochází k přímému propojení analogových pixelů přímo do antény.
Systém tak funguje podobně jako třeba pasivní RFID/NFC čip a kamera si vystačí s energii vysílaných elektromagnetických pulzů z hubu, které následně odrazí zpátky s obrazem ze snímacího senzoru.
Pro HD video stačí stovky mikrowattů
Pomocí simulace s čipem ASIC, bylo dosaženo bezdrátového přenosu obrazu 60 snímků za sekundu v rozlišení 720 a 1080p se spotřebou 321 mikrowattů, respektive 806 mikrowattů. Dle tvrzení se jedná o tisíckrát až 10 000× nižší spotřebu, než je u videopřenosu této kategorie běžné. Právě díky tomu stačí i minimální energie z odrazených elektromagnetických pulzů.
Vědci ale nezůstali jen u simulaci, vytvořili totiž i základní funkční prototyp, který jim fungoval v rozlišení 1080p s 30 fps na vzdálenost až 2,4 metru. Při rozlišení 720p a 10 fps bylo možné obraz streamovat až na vzdálenost téměř 5 metrů.
Řešení pro rozšířenou realitu?
I když si lze toto řešení představit na mnoha místech, kde je například špatná dostupnosti elektřiny nebo nechcete po stěně v místnosti tahat napájecí kabely, největším lákadlem je rozhodně rozšířená realita.
Právě u brýlí pro AR se řeší hlavní problém – jak udělat tak tenkou konstrukci, aby ale zároveň bylo možné napájet integrovanou kameru, kerá by zajišťovala nejen třeba natáčení videa, ale hlavně snímání obrazu pro následné zpracování a chytré rozpoznávání objektů, tváří a podobně.
Baterie jsou stále velké a při natáčení videa by se miniaturní baterie v brýlích vybila během pár minut. Zmíněné řešení by ale poskytovalo skvělý způsob k tomu, aby se minimálně o napájení „hladové“ kamery staral třeba mobilní telefon. Právě ten by sloužil jako „hub“, protože zároveň obsahuje i efektivní výkonný procesor pro zpracování videa a má velkou baterii. Jeho umístění od brýlí není přitom obvykle větší než jeden metr.
Uvidíme, jestli podobný systém nakonec najde v této oblasti uplatnění. Tvůrci upřesňují, že je ještě nutné dořešit řadu věcí – ať už z pohledu šifrování přenášených dat nebo přenáší dat z více kamer najednou a spojeného rušení. Tyto problémy lze ale vyřešit pomocí současných nástrojů, které se v bezdrátové komunikaci už běžně používají.
Originální materiál k výzkumu si stáhnete zde (PDF).
Pokud chcete trochu více technického popisu, jak funguje například využití Wi-Fi signálu k podobného efektu, doporučujeme například materiály Wi-Fi Backscatter: Internet Connectivity for RF-Powered Devices (PDF) nebo Passive Wi-Fi: Bringing Low Power to Wi-Fi Transmissions (PDF).