hardware

Dit platform van de TU Delft moet de batterijloze toekomst mogelijk maken

Het aantal apparaten met batterijen erin neemt in rap tempo toe. Onderzoekers van de TU Delft werken aan een batterijloze toekomst. Ze bouwden een platform waar hobbyisten zich bij kunnen aansluiten.

Laurens Verhagen
De batterijloze Game Boy die de onderzoekers ontwikkelden.  Beeld TU Delft
De batterijloze Game Boy die de onderzoekers ontwikkelden.Beeld TU Delft

Nee, een smartphone zonder batterij zien ze er nog niet een-twee-drie van komen. Daarvoor heeft het grote scherm simpelweg te veel energie nodig. En een brandalarm dat af en toe even uitvalt? Ook dat is niet het meest logische voorbeeld van een apparaat zonder batterij. Maar onderzoekers Jasper de Winkel, Vito Kortbeek en Przemysław Pawełczak van de TU Delft zien genoeg andere mogelijkheden. Een bewegingssensor bijvoorbeeld, een weerstationnetje. Of een Game Boy zonder batterijen? Samen met wetenschappers van de Amerikaanse Northwestern University presenteerden ze die vorig jaar. Het spelcomputertje gebruikt zonne-energie en kinetische energie om zijn werk te doen.

Hetzelfde team heeft nu een platform gelanceerd waarmee ze zich richten op hobbyisten en beginnende programmeurs die aan de slag willen met hun eigen batterijloze elektronische apparaten.

Eerst een stapje terug. Waarom zouden we dat überhaupt willen, apparaten zonder batterijen? Oplaadbare exemplaren zijn toch ook een prima alternatief voor wegwerpbatterijen? Dat vinden ze aan de TU het verkeerde uitgangspunt. Kortbeek: ‘Bedenk hoeveel apparaatjes thuis al batterijen hebben. Dat worden er alleen maar meer.’ Heel veel meer: volgens marktkenners zijn er zo’n 13 miljard zogenoemde IoT-apparaten in de wereld. Dat zijn apparaatjes die verbonden zijn aan internet. Denk aan deurbellen, lampen, sensoren. Over vier jaar zullen dat er al ruim twee keer zoveel zijn.

‘Dit is een gigantisch ecologisch probleem’, zegt Kortbeek. ‘Al die apparaten zouden batterijen moeten hebben. Ook met oplaadbare exemplaren blijft het een probleem, want die verliezen hun kracht na een tijdje. En ook die moeten weer vervangen worden.’ Het radicale alternatief is dus: helemaal geen batterij.

Pawełczak, Kortbeek en consorten hebben een platform gemaakt (BFree genaamd) dat bestaat uit hardware om energie te oogsten en een aangepaste versie van programmeertaal Python. Een beetje basiskennis van Python in combinatie met die hardware is volgens de bedenkers voldoende om snel en eenvoudig een batterijloze versie te maken van een zelfgebouwd slim apparaat. Dat zelf bouwen van IoT-apparaatjes gebeurt al. Veel hobbyisten vinden het leuk om bijvoorbeeld een eigen bewegingssensor te bouwen. Met hulp van BFree kan dit een eeuwig werkende sensor op zonne-energie zijn.

Het probleem bij deze groep is dat ze over het algemeen naar de korte termijn kijken, zegt Pawelczak. ‘Die korte termijn is: zo snel mogelijk een werkend systeem aan de gang krijgen. Maar op de lange termijn vormt deze inspanning een ecologisch probleem. Het idee achter het platform is om die hobbyisten nog steeds snel een product te laten maken, maar dan wel met een duurzaam karakter.’

Een batterijloos weerstation. De zonne-energie wordt opgeslagen in een condensator, in plaats van een batterij. Het weerstation is gebouwd met eenvoudig te verkrijgen componenten en is makkelijk zelf in elkaar te zetten. Het programmeren kan met behulp van Python.  Beeld TU Delft
Een batterijloos weerstation. De zonne-energie wordt opgeslagen in een condensator, in plaats van een batterij. Het weerstation is gebouwd met eenvoudig te verkrijgen componenten en is makkelijk zelf in elkaar te zetten. Het programmeren kan met behulp van Python.Beeld TU Delft

Dat klinkt een stuk simpeler dan het in werkelijkheid is. Een batterij zorgt immers voor een constante toevoer van energie, iets wat met zonne-energie onmogelijk is: als de zon achter de wolken verdwijnt, is er geen toevoer. De onderzoekers hebben dit probleem proberen op te lossen door die tijdelijke uitval als het ware te omarmen. De BFree-apparaatjes kunnen eeuwig werken, maar niet continu. Zodra de stroom uitvalt, pauzeert BFree automatisch de berekeningen die een apparaat maakt. En zodra er weer voldoende energie aanwezig is, gaat het automatisch verder waar het gebleven was.

Van achter een Zoom-scherm laten de twee onderzoekers de hardware zien die ze hebben gemaakt en die door de hobbyisten kan worden gebruikt: een printplaatje met een condensator erop om tijdelijk energie op te slaan. Het moet net genoeg zijn om een lopende berekening weg te schrijven zodra er een stroomonderbreking is. Het heeft heel wat voeten in aarde gekost om het te maken, maar voor de eindgebruiker werkt het wél eenvoudig, beloven Pawełczak en Kortbeek. Deze programmeert zijn apparaat zoals hij altijd al gewend was; de BFree-software doet de rest.

Hoe gebruiksvriendelijk ook, niet elk apparaat en niet elke toepassing is even geschikt voor deze benadering. Neem de Game Boy waarmee ze hun batterijloze weg zijn ingezet. Geen gamer accepteert het als zijn spelletje Super Mario zomaar ophoudt. Pawełczak geeft toe dat dit een ‘superslechte ervaring’ zou zijn. ‘Maar bij een spelletje schaak is het acceptabel als het scherm voor eventjes uitvalt. Zolang het spel daarna maar verder gaat waar het was gebleven.’

Verder is de batterijloze technologie per definitie alleen geschikt voor wat Pawełczak ‘niet-kritische’ apparaten noemt. Niet dat brandalarm of die beveiligingscamera dus. Immers: ‘Je kunt niet garanderen dat ze altijd aanstaan.’

Nu is het allemaal nog – letterlijk – hobbywerk, maar de TU-onderzoekers zijn er naar eigen zeggen heilig van overtuigd dat dit de toekomst is. Pawełczak : ‘We weten dat er steeds meer apparaten op de wereld komen die energie nodig hebben. Dat is een probleem dat opgelost moet worden.’

Een toekomst waar ook commercieel verkrijgbare apparaten als gameconsoles op deze manier werken, is nog ver weg, weten ze. Zelfs bij eenvoudige en minder energieslurpende apparaten als bewegingssensoren is nog een lange weg te gaan. De consument is nu eenmaal gewend aan een batterij, evenals de fabrikant. Deze laatste zijn volgens de Delftse onderzoekers wel degelijk geïnteresseerd. Niet voor niets sponsort een aantal bedrijven het onderzoek ook.

Wie de toekomst zonder batterijen dichterbij wil brengen, kan in elk geval zelf alvast de handen uit de mouwen steken.

Afstandsbediening

Ook de Delftse start-up Nowi is bezig met een batterijloze toekomst. Het bedrijf heeft een chip ontwikkeld die geschikt is voor bijvoorbeeld afstandsbedieningen. Deze chip haalt energie uit beweging of licht, waardoor er geen batterijen meer nodig zijn.

Meer over