6G-Netz der Zukunft: Ericsson und MIT arbeiten am Null-Energie-Gerät

Ericsson und das MIT Research Laboratory of Electronics (RLE) forschen gemeinsam am Aufbau einer neuen Netzstruktur, die völlig neue Anwendungen im 5G- und 6G-Netz möglich machen könnte. Ein Schwerpunkt der Forschung widmet sich den Mobilfunknetzen. Die beiden Partner beschrieben in ihrer Forschung, wie Null-Energie-Geräte Energie aus Funksignalen und anderen Quellen gewinnen können und durch moderne Netze gesteuert werden.

Aktuell wird die Anwendbarkeit kleinerer Geräte in den kommerziellen 4G- und 5G-Netzen, etwa beim Einsatz von Zehntausenden von Geräten in der Zählerfernauslesung, durch den Austausch oder das Aufladen benötigter Akkus bestimmt. Zudem ist die Batterielebensdauer von den jeweiligen Sende- und Empfangszyklen abhängig und verringert sich erheblich, wenn ein NarrowBand Internet of Things bzw. LTE für Maschinen (NB-IoT/LTE-M) Gerät konstant Daten sendet oder empfängt.

Die Ära der Null-Energie-Geräte

In der Ära der Null-Energie-Geräte könnten diese Herausforderung gelöst werden. Denn diese Anwendungen gewinnen die erforderliche Energie aus der Umgebung - aus Vibrationen, Licht, Temperaturunterschieden und sogar aus den Hochfrequenzwellen selbst und sind damit unabhängig vom Batteriebetrieb.

Das ist ein Modell, das beispielsweise bei der Nachverfolgung von Paketen in einem Lagerhaus Anwendung finden könnte. Kostengünstige, energiefreie Geräte, die möglicherweise unmittelbar auf die Kartons ausgedruckt sind, werden so überwacht und liefern sogar Informationen - beispielsweise über die Temperatur oder Luftfeuchtigkeit innerhalb des Kartons. Möglichkeiten, die ein passiver Strichcode nicht bieten kann. Miniaturisierte, kostengünstige und energiesparende Null-Energie-Geräte könnten auch grundsätzlich in der Umweltüberwachung zum Einsatz kommen, um Faktoren wie Umweltverschmutzung, das Wetter oder sogar auch das Auftreten von Krankheiten zu überwachen.

Potenziale für den Einzelhandel

Die neue Endgeräte-Generation bringt auch Potenzial für die Einzelhandelsbranche mit. Beim Betrachten und Berühren einer bestimmten Ware durch den Kunden könnten eingebettete Null-Energie-Geräte das Interesse registrieren und über das Ladennetz auf Bildschirmen weitere Optionen für ähnliche Waren oder Accessoires anbieten.

Forschung geht weiter

Bevor die Vision der Null-Energie-Geräte Wirklichkeit wird, gilt es noch weitere Forschungsfragen zu lösen - von der Energiegewinnung über die Kommunikation bis hin zum Gesamtsystemdesign für eine sehr große Anzahl von Geräten. Null-Energie-Geräte verbrauchen zwar auch Energie, aber ihre Energieversorgung ist durch bestimmte Voraussetzungen extrem begrenzt. So ist die Energie, die aus Miniaturquellen, einschließlich thermischer, vibratorischer und photovoltaischer Quellen, gewonnen werden kann, in der Regel sehr gering. Daher müssen Null-Energie-Geräte Energie speichern. Zudem benötigen die elektronischen Schaltkreise in einem Null-Energie-Gerät eine Mindesteingangsspannung. Diese ist in der Regel um viele Größenordnungen höher als die Spannung am Ausgang der Antenne. Diese Eingangsspannung effizient in Werte umzuwandeln, mit denen die Elektronik betrieben werden kann, stellt eine weitere Herausforderung dar. Aus der begrenzten Energieversorgung der Null-Energie-Geräte ergibt sich eine Obergrenze für die zu übertragende Datenmenge. In vielen Fällen bemisst sie sich, auch in Abhängigkeit von der Entfernung und den Funkbedingungen, lediglich auf ein paar Bytes.