Un nuevo avance hacia dispositivos IoT sin batería
septiembre 10, 2025
Solar Cell Operating Point for Joint LiFi Communication and Harvesting in Battery-Free Devices
(Talavante, Genovés Guzmán, Giustiniano – IEEE Transactions on Communications, 2025)
Imagina un mundo con miles de millones de sensores y pequeños dispositivos conectados en casas, fábricas o campos de cultivo. Ahora piensa en que cada uno de ellos requiere de energía para funcionar. Mantenerlos todos con baterías sería un desastre: tendrían que reemplazarse continuamente, generarían toneladas de residuos y aumentarían los costes de mantenimiento. Por eso, la gran apuesta es diseñar dispositivos battery-free, que se alimenten directamente de la energía que ya está presente en su entorno. Aquí entra en juego la tecnología LiFi, que no sólo usa la luz de las lámparas LED para transmitir datos, sino que también puede alimentar a los dispositivos mediante una celda solar. Esta idea se conoce como SLIPT (Simultaneous Lightwave Information and Power Transfer). Sin embargo, hay un gran obstáculo: las celdas solares no funcionan igual de bien cuando deben encargarse a la vez de recolectar energía y recibir datos, porque lo que favorece a un proceso perjudica al otro.
¿Qué solución se propone?
Hasta ahora, las celdas solares se operaban en su punto de máxima potencia (MPP), que optimiza la energía recogida. Pero ese mismo punto es ineficiente para comunicación. Ahora, con este trabajo, se define un nuevo concepto: el punto de máxima comunicación (MCP), que ajusta el funcionamiento de la celda para maximizar la señal recibida y mejorar la transmisión de datos. Además, se propone un diseño de circuito basado en un transformador que permite separar eficientemente la parte de la señal destinada a comunicación (AC) de la parte destinada a energía (DC), superando a los filtros tradicionales.
Resultados principales:
Al utilizar este nuevo concepto, los experimentos muestran mejoras muy claras:
- Operando en MCP, la señal de comunicación aumenta hasta 5 veces respecto al mejor diseño previo.
- Operando en MPP, la energía recolectada es hasta 3 veces mayor que con las soluciones anteriores.
- El dispositivo puede comunicarse a tasas de datos 2,5 veces más altas, alcanzar un 75% más de distancia, y resistir el doble de luz ambiental sin errores.
- En pruebas reales en un invernadero, el sistema demostró que puede adaptarse según las condiciones: elegir MCP cuando necesita comunicarse mejor o MPP cuando requiere recolectar más energía.
Relevancia actual:
Este avance abre la puerta a dispositivos IoT autónomos, pequeños y sostenibles, que no dependen de baterías y que pueden desplegarse masivamente en aplicaciones como agricultura inteligente, automatización en el hogar o ciudades inteligentes. La introducción del MCP cambia la forma de pensar el diseño de estos sistemas y resuelve un conflicto fundamental entre comunicación y recolección de energía en dispositivos sin batería.
Conexión con el Proyecto TUCAN (Objetivo 5)
Este trabajo se relaciona con el Objetivo 5 (MO2) porque propone un mecanismo fundamental para habilitar dispositivos IoT battery-free, resolviendo el problema energético que limita la integración de técnicas de ML/AI en 6G IoT. Al introducir el concepto de Maximum Communication Point (MCP) y un diseño eficiente de recolección de energía y comunicación, el artículo ofrece una base en la capa física para que los algoritmos y protocolos de red puedan ejecutarse de manera sostenible en dispositivos con recursos muy limitados. Esto contribuye directamente a la línea de investigación sobre eficiencia energética e integración de técnicas de recolección de energía (Novelty N5.3), clave para desplegar inteligencia distribuida en el edge sin depender de baterías.
Este trabajo es resultado del proyecto TUCAN6-CM (TEC-2024/COM-460), financiado por la Comunidad de Madrid a través de la convocatoria Programas de actividades de I+D en Tecnologías 2024, fruto de una colaboración entre investigadores de los grupos PERSYS-IMDEA y GOWCOM-UC3M.