Maintenant, tout le monde peut construire des appareils électroniques sans batterie

L’année dernière, des ingénieurs informaticiens de l’Université Northwestern et de l’Université de technologie de Delft (TU Delft) ont présenté le premier Game Boy sans batterie au monde, qui récupère à la fois l’énergie solaire et l’énergie cinétique de l’utilisateur en écrasant les boutons pour une durée de vie illimitée.

La même équipe présente maintenant une nouvelle plate-forme qui permet aux fabricants, aux amateurs et aux programmeurs novices de créer leurs propres appareils électroniques sans batterie fonctionnant avec une énergie intermittente et récupérée.

Appelé BFree, le système comprend du matériel de récupération d’énergie (le BFree Shield) et une version de Python résistante aux pannes de courant, l’un des langages de programmation les plus accessibles et les plus utilisés. Tout ce dont l’utilisateur a besoin est une compréhension de base de Python afin de transformer rapidement et facilement n’importe quel appareil intelligent à faire soi-même (DIY) en une version sans batterie. Grâce à cette technologie, les programmeurs novices peuvent désormais transformer leur capteur de mouvement à piles DIY, par exemple, en un capteur solaire avec une durée de vie infinie.

La recherche a été présentée virtuellement à UbiComp 2021, la première conférence sur l’informatique ubiquitaire. Les utilisateurs peuvent trouver des instructions sur la façon de créer et d’utiliser la nouvelle technologie sur GitHub.

‘Poser la mauvaise question’

« À l’heure actuelle, il est pratiquement impossible pour les amateurs de développer des appareils avec du matériel sans batterie, nous voulions donc démocratiser notre plate-forme sans batterie », a déclaré Josiah Hester de Northwestern, qui a codirigé le travail. « Partout sur Internet, les fabricants demandent comment prolonger la durée de vie de la batterie de leurs appareils. Ils posent la mauvaise question. Nous voulons qu’ils oublient la batterie et réfléchissent plutôt à des moyens plus durables de générer de l’énergie.

« La communauté des fabricants est généralement plus intéressée par le déploiement rapide de leurs appareils, et cette rapidité ne va pas toujours bien avec la durabilité », a déclaré Przemyslaw Pawelczak de TU Delft, qui a codirigé le travail avec Hester. « Nous voulions concevoir un produit viable qui puisse connecter ces deux mondes. »

Hester est professeur adjoint de génie électrique et informatique et d’informatique à la McCormick School of Engineering de Northwestern. Il est également professeur junior de design Allen K. et Johnnie Cordell Breed. Pawelczak est professeur assistant au sein du groupe Systèmes embarqués et réseaux de la TU Delft, où il dirige le Laboratoire des systèmes durables. Leur équipe comprend un doctorat. candidats Vito Kortbeek, Abu Baker et Stefany Cruz.

Le problème de batterie du Maker Movement

Extension axée sur la technologie de la culture du bricolage, le mouvement Maker comprend un groupe diversifié d’inventeurs, de concepteurs et de programmeurs informatiques qui créent leur propre matériel et logiciels pour les appareils électroniques, y compris les capteurs de mouvement, les écrans, les actionneurs et plus encore. Combinée au cloud computing, la capacité de développer des appareils rapides, bon marché et connectés permet l’Internet des objets (IoT). Ces bricoleurs fabriquent de tout, des appareils domotiques aux stations météorologiques et tout le reste.

Alors que le nombre croissant de personnes capables de construire et de programmer des appareils présente un avenir passionnant pour la technologie, Hester, Pawelczak et leur équipe sont intimidés par le nombre de batteries qui seront utilisées et finiront éventuellement dans les décharges.

« Beaucoup de gens prédisent que nous aurons un billion d’appareils dans cet IoT », a déclaré Hester. « Cela signifie qu’un billion de batteries mortes ou 100 millions de personnes remplacent une batterie morte toutes les quelques minutes. Cela présente un coût écologique terrible pour l’environnement. Ce que nous faisons, à la place, c’est vraiment donner du pouvoir aux gens. Nous voulons que tout le monde soit capable de programmer sans effort des appareils de manière plus durable. »

‘Invisible’ pour l’utilisateur

Mais renoncer simplement à une batterie n’est pas aussi simple que cela puisse paraître. Lorsque les appareils contournent la batterie et reposent à la place sur la récupération d’énergie, l’alimentation n’est plus constante. Si le soleil passe derrière un nuage, par exemple, l’énergie solaire peut être temporairement interrompue.

Avec BFree, les chercheurs ont résolu ce problème. La technologie permet aux appareils de fonctionner en permanence avec une énergie intermittente. Lorsque l’alimentation est interrompue, BFree interrompt les calculs. Lorsque le courant revient, il reprend automatiquement là où il s’était arrêté sans perdre de mémoire ni avoir besoin de parcourir une longue liste d’opérations avant de redémarrer. Non seulement cela permet d’économiser de l’énergie, mais la technologie est également plus intuitive pour l’utilisateur que les programmes traditionnels, qui perdent toute mémoire de ce qui s’est passé juste avant une panne de courant et doivent redémarrer depuis le tout début.

Pour rendre le processus convivial, les chercheurs ont codé BFree avec un logiciel pour interpréter les programmes Python pour les appareils sans batterie. Un utilisateur n’a qu’à attacher le BFree Shield à la plate-forme du fabricant Adafruit Metro M0 (ou le modifier légèrement pour qu’il fonctionne avec d’autres plates-formes basées sur CircuitPython), puis programmer l’appareil comme il le ferait généralement. Le logiciel BFree s’occupe du reste, permettant au programme de fonctionner sans piles, uniquement à partir de l’énergie récupérée, et de fonctionner en permanence même en cas de panne de courant.

« Nous voulions le rendre totalement invisible pour l’utilisateur final », a déclaré Kortbeek, qui est titulaire d’un doctorat. candidat dans le groupe de Pawelczak. « Nous avons donc essayé de conserver la même expérience d’origine de l’appareil sans que l’utilisateur ne voie comment nous avons modifié le logiciel pour interpréter les fichiers Python pour une technologie sans batterie. »

« Maintenant, tout le monde peut construire et programmer des appareils intelligents et durables », a déclaré Hester. « Cela rend la vision future de l’informatique omniprésente plus durable, utile et respectueuse de l’environnement. »