Das Funktionsprinzip ist nicht neu: RFID-Chips, die etwa in Bankomatkarten stecken, können schon heute ohne eigene Stromversorgung ihren Dienst versehen. Sie werden von Funkwellen angeregt, reflektieren ein verändertes Signal zum Sender zurück und schicken so die gewünschten Informationen mit, um eine Zahlung abzuwickeln. Die kleinen Computerchips, die in der Karte stecken, benötigen dazu keine Batterie – eine geniale technische Lösung, die bald auch für andere Einsatzgebiete Verwendung finden könnte.
Genau daran arbeitet Klaus Witrisal vom Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation der TU Graz. „Aufgrund der Digitalisierung brauchen immer mehr technische Geräte eine Verbindung mit dem Internet, um Daten auszutauschen. Diese Geräte werden immer kleiner und meistens mit Batterien betrieben. Sind die Batterien leer, müssen sie getauscht werden oder die Geräte werden weggeworfen. So oder so entsteht ein enormes Müllproblem“, sagt der Nachrichtentechniker. Sein Lösungsansatz: Die Geräte mittels Funkwellen, die ohnehin für den Informationsaustausch benötigt werden, auch mit Energie zu versorgen.
Damit ist auch das Kernziel des internationalen Forschungsprojekts „Ambient-6G“ beschrieben, das von der Europäischen Union mit insgesamt 8,4 Millionen Euro gefördert wird und elf Partnerinstitutionen in sechs Ländern beschäftigt. Die TU Graz ist mit von der Partie, Witrisal und seine beiden Doktoranden Benjamin Deutschmann und Lukas D‘Angelo sind für das Austüfteln der Signalverarbeitung zuständig. „Dabei beschäftigen wir uns vor allem mit angewandter Mathematik und berechnen theoretische Modelle für die Signalübertragung“, sagt Witrisal. Sein Team sitzt dabei aber nicht nur am Computer, sondern testet die Theorie auch anhand von Praxisversuchen mit Antennenaufbauten im Labor.
Praktische Anwendung könnte die Technologie etwa in Alarmanlagen finden, bei denen viele kleine Sensoren über ein Funknetzwerk verbunden sind. „Wenn diese Sensoren ohne eigene Energiequelle funktionieren, spart man sich nicht nur den Abfall der leeren Batterien, sondern auch den hohen Wartungsaufwand beim Batteriewechsel“, sagt Witrisal. Noch bedeutender findet er den Einsatz von batterieloser Stromversorgung im Handel: Elektronische Preisschilder, die immer größere Verbreitung finden, werden bislang vorwiegend mit kleinen Knopfzellen betrieben.
Zwei bis drei Jahre halten solche Knopfzellen, dann müssen sie ersetzt werden. In einer durchschnittlichen Supermarktfiliale fällt dabei einiges an Handarbeit an: Mehrere Tausend Preisschilder sind dann für einen Tausch fällig. In der Praxis bedeutet das meistens, dass neue Schilder angebracht werden – die alten gehen an den Hersteller zurück.
Aber nicht nur die Energieversorgung mittels Funkwellen könnte dem Handel große Mühen, Kosten und Müllberge ersparen, auch die präzise Ortung von Objekten hat enormes Potenzial. Das ist ebenfalls ein Teil des Forschungsprojekts: „Wir arbeiten daran, Produkte auf einer Verkaufsfläche mit digitalen Etiketten in Echtzeit bis auf einen halben Meter genau zu lokalisieren. In Kleidungsgeschäften lässt sich so das gewünschte Kleidungsstück sofort finden. Ein vollständiges Inventar erhält man auf Knopfdruck – ohne Verzögerung“, schildert Witrisal die möglichen Einsatzgebiete.
Noch ist er aber weit von einem praxistauglichen Produkt entfernt, die große Herausforderung besteht unter anderem darin, das Funktionsprinzip aus dem abgeschirmten Labor in eine Alltagsumgebung zu transportieren, die von unterschiedlichsten Funkwellen aus unzähligen Quellen geprägt wird. Das Grazer Team arbeitet dafür mit dem Chiphersteller NXP zusammen. Das niederländische Unternehmen entwickelt am Standort in Graz auch RFID-Chips, die für die Technologie Vorbilder sind. Weiterentwickelte RFID-Chips sollen als Sensoren für verschiedenste Anwendungsgebiete fungieren – nachhaltig ohne interne Energiequelle.
