The post has been translated automatically. Original language: Russian
We live in the era of the "Internet of Things" (IoT). Billions of smart devices surround us every second, making life more comfortable. But this digital utopia has a hidden, dark side — batteries. The need to produce, charge and dispose of millions of toxic batteries has become the main bottleneck of technological progress and a huge environmental problem.
Ambient Backscatter (background backscatter), an elegant radio technology that allows electronic devices to communicate and work without having their own power source at all, could be a solution.
How it works: the principle of the "digital mirror"
Instead of generating their own radio signal (which requires huge energy costs), Backscatter-based devices use those radio waves that already overflow the airwaves: signals from 5G towers, TV towers, radio stations or urban Wi-Fi routers.
The microchip works like a tiny controlled mirror. It either absorbs the incoming wave or reflects it back, slightly changing the properties of the reflected signal. This ultrafast alternation is read by the receiver as zeros and ones. As a result, we get data transmission that consumes thousands of times less energy, which can be collected literally from thin air.
Global problems that technology will solve
1. Ecology: Smart dust to save ecosystems Imagine sensors the size of a grain of sand printed on biodegradable polymers. They can be sprayed from drones over millions of hectares of forests or arid lands. Powered by background radio noise, they will transmit data on soil moisture, radiation or temperature, helping to prevent forest fires and combat desertification. After working out their time, such sensors will simply dissolve into the ground, leaving not a single gram of electronic debris.
2. Medicine: Life-long biomonitoring Today, replacing the battery in a pacemaker or deep neurostimulator requires surgery. Backscatter technology allows you to create microscopic sensors that are implanted into organs or the circulatory system for life. They will receive energy and transmit data by modulating signals from a patch on the patient's skin or a smartphone in his pocket. This will open the way to personalized pharmacology, where we can observe the response of cells to drugs in real time.
3. Urbanism: Sensitive concrete Bridges, skyscrapers, and dams are aging, and microcracks inside structures often go unnoticed until a man-made disaster. Battery-free sensors can be mixed directly into the mortar during the construction phase. They will "sleep" for decades inside monolithic walls. During a routine inspection, it will be enough for inspectors to drive across the bridge with a special radiator — the sensors will wake up to the energy of the signal and transmit a map of internal stresses and deformations.
4. Logistics: Absolute transparency of supply chains Applying smart antennas to each package with conductive ink will turn logistics into a flawless mechanism. Unlike GPS trackers, such tags do not require charging. The entire urban environment, with its dense 5G and Wi-Fi coverage, will become a single scanner that can monitor the temperature regime of donated organs, vaccines or food, completely eliminating their spoilage or loss.
A step towards the "Internet of Everything"
Backscattering technology allows us to eliminate the cumbersome infrastructure of wires and batteries. This is a transition from the Internet of Things (IoT) to the concept of IoE (Internet of Everything). In this future, any inanimate matter — from a drop of blood in an artery to a concrete support of an overpass — will be able to become "smart" and silently share information for the safety and progress of mankind.
Мы живем в эпоху «Интернета вещей» (IoT). Миллиарды умных устройств окружают нас каждую секунду, делая жизнь комфортнее. Но у этой цифровой утопии есть скрытая, темная сторона — батарейки. Необходимость производить, заряжать и утилизировать миллионы токсичных аккумуляторов стала главным «бутылочным горлышком» технологического прогресса и гигантской экологической проблемой.
Решением может стать Ambient Backscatter (фоновое обратное рассеяние) — изящная радиотехнология, которая позволяет электронным устройствам общаться и работать, вообще не имея собственного источника питания.
Как это работает: принцип «цифрового зеркала»
Вместо того чтобы генерировать собственный радиосигнал (что требует огромных затрат энергии), устройства на базе Backscatter используют те радиоволны, которые уже переполняют эфир: сигналы от вышек 5G, телевышек, радиостанций или городских Wi-Fi роутеров.
Микрочип работает как крошечное управляемое зеркало. Он либо поглощает приходящую волну, либо отражает ее обратно, слегка изменяя свойства отраженного сигнала. Это сверхбыстрое чередование считывается приемником как нули и единицы. В результате мы получаем передачу данных, потребляющую в тысячи раз меньше энергии, которую можно собрать буквально из воздуха.
Глобальные проблемы, которые решит технология
1. Экология: «Умная пыль» для спасения экосистем Представьте себе датчики размером с песчинку, напечатанные на биоразлагаемых полимерах. Их можно распылять с дронов над миллионами гектаров лесов или засушливых земель. Питаясь от фонового радиошума, они будут передавать данные о влажности почвы, радиации или температуре, помогая предотвращать лесные пожары и бороться с опустыниванием. Отработав свой срок, такие датчики просто растворятся в земле, не оставив ни грамма электронного мусора.
2. Медицина: Биомониторинг длиной в жизнь Сегодня замена батарейки в кардиостимуляторе или глубоком нейростимуляторе требует хирургического вмешательства. Технология Backscatter позволяет создавать микроскопические сенсоры, которые вживляются в органы или кровеносную систему на всю жизнь. Они будут получать энергию и передавать данные, модулируя сигналы от пластыря на коже пациента или смартфона в его кармане. Это откроет путь к персонализированной фармакологии, где мы сможем наблюдать реакцию клеток на лекарства в реальном времени.
3. Урбанистика: Чувствующий бетон Мосты, небоскребы и плотины стареют, а микротрещины внутри конструкций часто остаются незамеченными вплоть до техногенной катастрофы. Бесбатарейные датчики можно подмешивать прямо в строительный раствор на этапе возведения. Они будут «спать» десятилетиями внутри монолитных стен. Во время плановой проверки инспекторам будет достаточно проехать по мосту со специальным излучателем — датчики проснутся от энергии сигнала и передадут карту внутренних напряжений и деформаций.
4. Логистика: Абсолютная прозрачность цепочек поставок Нанесение умных антенн на каждую упаковку с помощью токопроводящих чернил превратит логистику в безупречный механизм. В отличие от GPS-трекеров, такие метки не требуют зарядки. Вся городская среда с ее плотным покрытием 5G и Wi-Fi станет единым сканером, который сможет контролировать температурный режим донорских органов, вакцин или продуктов питания, полностью исключая их порчу или потерю.
Шаг к «Интернету всего»
Технология обратного рассеяния позволяет нам отказаться от громоздкой инфраструктуры проводов и аккумуляторов. Это переход от Интернета вещей (IoT) к концепции IoE (Internet of Everything — Интернет всего). В этом будущем любая неживая материя — от капли крови в артерии до бетонной опоры эстакады — сможет стать "умной" и безмолвно делиться информацией для безопасности и прогресса человечества.
