Modulação de campo elétrico: pesquisa de 2023 sobre uma alternativa ao Bluetooth

O Bluetooth é usado há décadas em telefones, carros e alto-falantes. Este artigo examina uma pesquisa de 2023 sobre uma nova tecnologia da Universidade de Sussex. A modulação de campo elétrico poderia economizar energia nas comunicações a distâncias muito curtas e permitir circuitos menores.

Entendendo o Bluetooth

Antes de mergulhar na modulação de campo elétrico e nos benefícios que ela pode oferecer, é importante entender o que é Bluetooth e como funciona.

O que é Bluetooth?

Bluetooth é uma tecnologia sem fio que permite a troca de dados a curtas distâncias. Seu nome vem de Harald Bluetooth, um rei do século X que uniu a Dinamarca e a Noruega, simbolizando a intenção da tecnologia de unificar protocolos de comunicação.

Ericsson (ERIC ), empresa sueca de telecomunicações, iniciou o desenvolvimento em 1994 como alternativa aos cabos RS-232. A primeira especificação Bluetooth foi publicada em 1999.

As primeiras versões tinham problemas de interoperabilidade. Entretanto, o Bluetooth já era amplamente utilizado antes de 2010. A versão 4.0 daquele ano introduziu o Bluetooth Low Energy, ampliando principalmente as aplicações de baixo consumo.

O Bluetooth é usado para transferir arquivos e áudio e conectar dispositivos da Internet das Coisas (IoT). Pareamento e conexões podem apresentar dificuldades; o consumo depende da versão, aplicação e modo de operação.

Wi-Fi Direct e NFC atendem a necessidades diferentes de velocidade, alcance e consumo. A modulação de campo elétrico acrescenta uma linha de pesquisa para dispositivos próximos. Não foi demonstrado que substitua o Bluetooth em todas as aplicações.

Como funciona?  Modulação Eletromagnética

A modulação codifica informações alterando um sinal. O Bluetooth utiliza ondas de rádio na faixa ISM de 2,4 GHz.

A seguir estão três formas gerais de modulação. O Bluetooth não utiliza todas como métodos de transmissão independentes:

1. Modulação de Amplitude (AM): Alterar a amplitude da onda.
2. Modulação de Frequência (FM): Alterar a frequência da onda.
3. Modulação de Fase (PM): Alterar a fase da onda.

Para o Bluetooth especificamente:

• Gaussian Frequency-Shift Keying (GFSK): Variações de frequência codificam dados digitais. Bluetooth Basic Rate e Bluetooth Low Energy utilizam GFSK.
• Enhanced Data Rate (EDR): O EDR foi introduzido no Bluetooth 2.0. O cabeçalho do pacote usa GFSK e a carga útil utiliza modulação de fase π/4-DQPSK ou 8DPSK para aumentar a taxa de dados.
• Salto de frequência: Transmissor e receptor mudam de canal de forma coordenada. Isso limita os efeitos de interferências e desvanecimento do sinal. A segurança exige mecanismos separados de autenticação e criptografia.

O Bluetooth transmite dados por modulação de frequência ou fase, conforme o modo de operação. A mudança de canal melhora a resistência a interferências.

Entendendo a Modulação de Campo Elétrico

Com essa base, podemos examinar a abordagem de campo elétrico e seus possíveis usos.

O que é Modulação de Campo Elétrico?

A modulação de campo elétrico pesquisa outra forma de transmitir dados sem fio a distâncias muito curtas.

Os pesquisadores de Sussex, incluindo os professores Robert Prance e Daniel Roggen, apresentaram a abordagem como uma possível conexão de baixo consumo entre dispositivos próximos. Ela usa acoplamento de campo elétrico em vez de uma ligação de rádio irradiada convencional. Isso continua sendo física eletromagnética, não um fenômeno fora do eletromagnetismo.

Ao controlar as variações do campo elétrico, circuitos próximos podem trocar dados. O artigo original relatava para o protótipo áudio mono de 8 bits com amostragem a 16 kHz, equivalente a 128 kbps. Informava uma taxa de erro de bits (BER) inferior a 10^−6.7 a 50 cm e inferior a 10⁻⁴ a 75 cm. São resultados relatados para aquela configuração experimental, não desempenho garantido para qualquer dispositivo.

O alcance curto pode ser adequado para dispositivos pessoais e vestíveis usados próximos uns dos outros. Os pesquisadores estimam que uma conexão mais eficiente possa prolongar a autonomia da bateria.

A equipe também propôs novas formas de interação:

O anúncio de Sussex cita compartilhar contatos por um aperto de mão e abrir uma porta tocando a maçaneta como possíveis aplicações.

Essas ideias associam a comunicação de dados aos gestos cotidianos e exigem equipamentos adequados.

Possíveis vantagens

Daniel Roggen, professor de engenharia e design em Sussex, descreveu as possibilidades:

O acoplamento de campo elétrico entre dispositivos próximos poderia reduzir o consumo e permitir novas formas de interação com aparelhos domésticos.

O custo e as dimensões dos circuitos influenciam a adoção. Roggen estimou:

Com produção em massa, a solução poderia ser integrada em um único chip ao custo de poucos pence britânicos por dispositivo.

Os benefícios potenciais se referem principalmente a conexões a distâncias muito curtas. Custos, consumo e facilidade de uso devem ser avaliados para cada aplicação. Em novembro de 2023 a universidade buscava parceiros industriais para uma miniaturização adicional.

A possível integração em um pequeno circuito torna a abordagem interessante para dispositivos vestíveis e produtos de casa inteligente. Isso não comprova superioridade universal sobre o Bluetooth nem disponibilidade comercial.

Possíveis aplicações

Entre os possíveis usos estão:

• Tecnologia Vestível: Rastreadores de atividade e relógios inteligentes poderiam se comunicar com telefones próximos consumindo menos energia.
• Interação em Casa Inteligente: Luzes ou termostatos poderiam ser controlados por toque.
• Rede Social e Profissional: Contatos ou perfis poderiam ser compartilhados por um aperto de mão.
• Aplicações de Segurança: Tocar a maçaneta poderia ativar o acesso sem chave física. O acesso seguro continua exigindo autenticação.

Essas aplicações propostas combinam gestos físicos e comunicação de dados.

Empresas do setor

Não se confirmou aqui que as empresas abaixo adotem o método específico de Sussex. São exemplos de empresas que atuam em conectividade sem fio.

*As tabelas preservam os números históricos do artigo de 2023, não avaliações atuais. Capitalização e EPS estão em dólares dos EUA. Os dados por ação da Broadcom antecedem o desdobramento 10:1 de julho de 2024. O P/L projetado da Intel e o EPS histórico correspondem a períodos diferentes.*

1.  NXP Semiconductors

A NXP Semiconductors (VNX.DE ) (NXPI ), fabricante neerlandesa de semicondutores, oferece um amplo portfólio de comunicação sem fio. Bluetooth Low Energy, Wi-Fi, NFC e Ultra-Wideband atendem a aplicações automotivas, IoT e casas inteligentes. As tecnologias apoiam localização precisa, controle sem fio e padrões como Matter. A NXP comprou o negócio sem fio da Marvell em 2019. As soluções são usadas em IoT industrial e eletrônica médica e de consumo.

2.  Broadcom Inc.

AVGO Gráfico de preços

A Broadcom Inc. (AVGO ) é uma multinacional de semicondutores e software de infraestrutura. Atende aos mercados de comunicação cabeada e sem fio, armazenamento empresarial e indústria. O portfólio inclui circuitos CMOS digitais e de sinal misto, produtos analógicos III-V, adaptadores de armazenamento e controladores. Os segmentos principais são soluções de semicondutores e software de infraestrutura. Também fornece componentes para comunicação sem fio.

3.  Intel Corporation

INTC Gráfico de preços

A Intel (INTC ) Corporation é uma fabricante americana de semicondutores fundada em 1968. A Intel contribuiu para o desenvolvimento das memórias SRAM e DRAM e apresentou o primeiro microprocessador disponível comercialmente, o 4004, em 1971. O crescimento dos computadores pessoais nos anos 1980 reforçou o foco em microprocessadores. No panorama histórico de 2023, as atividades incluíam processadores, chipsets, controladores de rede e chips gráficos. A concorrência, inclusive da AMD, afetou a participação de mercado e incentivou mudanças estratégicas dentro do setor de semicondutores.

Outras empresas de capital aberto

As seguintes empresas de capital aberto também atuam em áreas tecnológicas relacionadas:

Considerações Finais

A modulação de campo elétrico é uma linha de pesquisa interessante para comunicações a distâncias muito curtas. O grupo de Sussex busca menor consumo e novas formas de interação. Enquanto isso, o Bluetooth continua atendendo a uma grande variedade de dispositivos e aplicações.

O desenvolvimento adicional e a integração em produtos mostrarão onde a abordagem oferece benefícios práticos. A apresentação de 2023 descreve uma possibilidade de desenvolvimento, não uma substituição do Bluetooth já pronta.