Slimme sensor spaart eigen batterij

Hoogleraar Koen Langendoen van de TU Delft voorspelt dat slimme sensoren onze huizen zullen veroveren. Als ze maar energiezuinig kunnen communiceren.

Koen Langendoen heeft nog een paar jaar nodig, maar dan zal ook nooit meer iemand ongestraft een boek van hem lenen zonder het terug te brengen. De Delftse hoogleraar ontwerpt algoritmen voor energiezuinige communicatie tussen minuscule computertjes in een draadloos netwerk. Als deze apparaatjes straks zuinig genoeg zijn, en niet groter dan een postzegel of zelfs een zandkorrel, dan wil Langendoen (43) zijn boekencollectie van sensoren voorzien. „Elk van die slimme sensoren weet wie zijn buren zijn”, legt hij uit. „Zo kan hij zijn plaats in het netwerk bepalen. Als ik mijn boek kwijt ben, dan kan ik als gebruiker een signaal uitzenden: ‘waar is mijn boek gebleven’. Uit het signaal dat terugkomt kan ik in principe opmaken op welke kamer van het universiteitsgebouw ik mijn boek moet gaan terughalen.”

Langendoen hield afgelopen vrijdag aan de TU Delft zijn intreerede als hoogleraar computerwetenschappen. Zijn wetenschappelijke publicaties van de afgelopen jaren beschrijven hoe slimme sensoren in een netwerk batterijen kunnen sparen door alleen met elkaar te communiceren als het echt nodig is. Voorzien van het juiste energiebesparende algoritme kan een slimme sensor twee jaar mee in plaats van twee weken, zonder dat er iemand langs moet komen om de batterij te vervangen.

„De batterij van een mobiele telefoon is in twee weken leeg”, zegt Langendoen. „Zelfs als je hem al die tijd niet gebruikt. De radiozender waarmee mobieltjes zijn uitgerust vreet energie. Je kunt twee uur bellen en dan is de batterij op. Als je niet praat, dan sparen telefoons energie door zichzelf uit te schakelen. Maar ze moeten wel om de haverklap aan het netwerk vragen of er iemand is die contact zoekt. Dat kost al met al zoveel energie dat zelfs de batterij van een telefoon die je niet gebruikt binnen twee weken op is.”

Langendoen werkt aan protocollen die slimme sensoren energiezuiniger maken. „De apparaten zelf laten we China in elkaar frummelen”, zegt hij. „Onze expertise zit in het schrijven van de software. Die bepaalt wanneer sensoren in een netwerk aan moeten staan, wanneer ze kunnen ‘slapen’ en wanneer ze met elkaar moeten praten. Je hebt maatwerk nodig, afhankelijk van de toepassing.”

De slimme en energiezuinige sensoren die nu al bestaan zijn zo groot als een euromunt en hebben een fikse batterij. Ze worden toegepast in dijken, op karretjes van de bloemenveiling in Aalsmeer, op schilderijen, in opslagloodsen, in kassen, op aardappelvelden en in afvalcontainers. Zo kan een draadloze bewegingssensor een signaal sturen naar een portier als een museumbezoeker of inbreker een schilderij aanraakt. Vochtsensoren in een aardappelveld waarschuwen Drentse boeren als de luchtvochtigheid optimaal is voor de schimmel Phytophtera en een lichtsensor in een container kan aangeven wanneer deze weer eens geleegd moet worden.

Langendoen is ervan overtuigd dat de slimme en energiezuinige sensor straks ook onze huizen zal veroveren, en niet alleen de boekenkast: „Nu geven medici patiënten al een kastje mee waarmee ze een weeklang een hartfilmpje opnemen.

„Met energiezuinige sensoren zal het straks mogelijk zijn om niet alleen de hartslag te meten, maar ook allerlei andere medische indicatoren zoals de bloeddruk en het zuurstofgehalte in het bloed.”

Het lastigste probleem, zegt Langendoen, is het synchroniseren van de verschillende sensoren in een netwerk. „Vuurvliegjes, kleine insecten, kunnen met zijn allen tegelijk knipperen, omdat ze tegelijkertijd een signaal kunnen uitzenden en kijken naar het signaal van de ander. Onze sensoren kunnen niet gelijktijdig zenden en ontvangen. Het is dus lastig om ervoor te zorgen dat de ontvanger van een boodschap gereed staat als de zender gaat ‘praten’. Dat lossen wij op met onze algoritmen, door bijvoorbeeld één op de honderd keer niet te knipperen [zenden], maar alleen te luisteren [ontvangen], zodat je je eigen schema kunt afstemmen op dat van de buren.”