Hoe zorgt Apple voor een iWatch met lange batterijduur?

Batterijduur is een enorm probleem voor smartwatches en wearables, kleine apparaten die je op het lichaam draagt. Dat geldt ook voor de vermoedelijke iWatch die Apple aan het ontwikkelen is. In een smartwatch is weinig ruimte voor een batterij, maar toch verwachten we er apps op te installeren en constant notificaties op te ontvangen. Andere smartwatch-fabrikanten is het nog niet gelukt. Wat kan Apple doen om de iWatch wel een fenomenale batterijduur te geven? Dit artikel is deel 2 uit een serie, waarin we onderzoeken hoe Apple zich met de iWatch kan onderscheiden van andere smartwatch-makers. Eerder verscheen: Apple iWatch: optische sensoren voor zuurstof- en hartslagmeting.

Samsung kondigde vandaag nieuwe smartwatches aan (zie foto) die twee tot drie dagen meegaan. Het is een sprong vooruit ten opzichte van de eerste generatie Samsung Gear-smartwatch, die nauwelijks een dag lang meeging op een volle batterij. Maar eigenlijk is het niet genoeg. Gebruikers van de Pebble-smartwatch waarop je sinds kort apps kunt installeren, merken dat de gebruiksduur van hun smartwatch is afgenomen van zo’n vijf dagen naar twee dagen. Dat is niet genoeg: als je comfortabel een smartwatch wilt gebruiken, moet de batterij zeker een week of zelfs iets langer meegaan. Nóg mooier: een iWatch die maandenlang meegaat. Zo’n smartwatch is er eigenlijk al (de Cookoo gaat vele maanden mee op een knoopcelbatterij), maar die bevat te weinig functionaliteit om nog goed te kunnen concurreren met hedendaagse smartwatches.

De verwachting is dat de iWatch aanvankelijk vooral een accessoire zal zijn, dat de bestaande iPhone- en iPad-gebruikers zal aanspreken. Maar dat is een kritische doelgroep, die weliswaar alles met Apple-logo koopt, maar ook meteen een luid protest laat horen als Apple niet aan de hooggespannen verwachtingen voldoet. Apple krijgt maar één kans om het goed te doen. Afgelopen jaar bleek dat prototypes van de iWatch maar één of twee dagen meegingen. Daarna bleek in januari 2014 nog eens dat Apple moeite had om de gewenste vier tot vijf dagen batterijduur te halen. Een langere batterijduur is best haalbaar, door de batterij een flink stuk groter te maken. Maar dat vinden mensen niet mooi: een klokje om je pols moet klein en elegant zijn.

Bij andere apparaten heeft Apple vaak de oplossing gevonden in het optimaliseren van de software. Dat gebeurde bijvoorbeeld bij de iPhone en iPad. Ook werden steeds energiezuiniger chips gebruikt, wat onlangs nog gebeurde bij de introductie van de A7-chip. Er zit echter een grens aan het steeds maar verder optimaliseren. Op een gegeven moment heb je radicaal nieuwe technologieën nodig, zoals een batterij die wekenlang meegaat.

Lees ook: 5 functies die wij op een Apple iWatch willen zien.

Oplossing 1: flexibele batterij

Eén manier om zoveel mogelijk batterijcapaciteit in de iWatch te krijgen, is om de batterij zo flexibel mogelijk te maken. In plaats van de rechthoekige blokjes van vroeger kun je een batterij elke gewenste vorm geven. Apple lijkt dat ook van plan, met de LG Chem Stepped Battery, een batterij die lang meegaat en in elke vorm te gebruiken is. Ook Samsung SDI en Tianjin Lishen Battery zijn in staat om dergelijke ‘stepped batteries’ te maken. Een ‘stepped battery’ lijkt op een traditionele lithium-ion accu, maar met een extra richel aan de achterkant die de capaciteit vergroot met 16%, aldus LG Chem. Ze gebruiken het zelf al in de LG G2 en claimen daarmee de batterijduur met drie uur te kunnen verlengen. Maar dan hebben we het wel over een smartphone, terwijl Apple voor de iWatch behoefte heeft aan een veel kleiner uitgevoerde batterij. Een patent van afgelopen juli laat zien hoe Apple losse blokjes wil gebruiken om een flexibele batterij te kunnen maken.

Lees ook: iCulture peilt: wat verwacht jij van een smartwatch?

Oplossing 2: inductieladen met A4WP

Het telkens aansluiten van je iWatch aan een laadkabel is vervelend. Makkelijker is het om de iWatch gewoon even weg te leggen, op een inductieplaat die ongemerkt het horloge oplaadt. Maar ondanks het ruime aanbod aan (semi-)draadloze laadoplossingen is het nog steeds niet goed doorgedrongen. Toch is het idee niet helemaal van tafel. In 2012 sloten Qualcomm en Samsung zich aan bij de Alliance for Wireless Power (A4WP), een van de vele organisaties die een universele standaard voor draadloos opladen willen maken. Ook Broadcom, Dell, Intel en WiTricity sloten zich aan bij A4WP, waardoor er opeens een machtige partij is ontstaan die echt iets voor elkaar kan krijgen.

In de praktijk kan dat heel praktisch uitpakken: je gaat een kop koffie drinken bij Starbucks en terwijl de iPhone op het tafeltje ligt, wordt de smartphone automatisch opgeladen. Dat is geen toekomstmuziek, want de Power Matters Alliance (PMA) heeft al een samenwerkingsverband met Starbucks. Ze zijn bezig met pilotprojecten om het draadloos laden aan te bieden in restaurants en cafés en op vliegvelden. De Powermat-gebaseerde oplossing is te vinden Madison Square Garden in New York en op de luchthavens LaGuardia en JFK. PMA heeft leden zoals Google, BlackBerry, ZTE en AT&T, maar de drijvende kracht achter deze groep is Proctor & Gamble, moederbedrijf van Duracell Powermat.

Twee weken geleden kondigde PMA aan te gaan samenwerken met A4WP, waardoor de oplossing van A4WP een nog sterkere positie krijgt. Op CES 2013 was een prototype te zien van Rezence, de oplossing van A4WP die deelnemers in licentie kunnen nemen. PMA heeft beloofd de Rezence-specificatie gaan gebruiken.

Broadcom CEO Scott McGregor heeft in een interview verteld dat draadloos opladen dé oplossing zal zijn voor kleinere wearables, waarin geen ruimte is voor een micro-usb-poort of andere oplaadpoort. De clou is natuurlijk dat je ongemerkt allerlei accessoires kunt opladen, net zoals je nu al bij de elektrische tandenborstel doet. Je zet de tandenborstel na het poetsen terug in de houder en de batterij wordt daarbij meteen via inductieladen bijgevuld. Het gaat vanzelf en je hoeft er niet eens over na te denken. Maar nog niet alle uitdagingen zijn opgelost. Bij een smartphone, tablet of Bluetooth-headset is het logisch om het apparaat op een tafeltje te leggen, terwijl je een kop koffie drinkt. Maar wearables leg je niet zo snel op tafel, omdat ze immers bedoeld zijn om nauw op je lichaam te dragen. Nog een ander praktisch puntje: Apple is geen lid van de A4WP en ook niet van de Power Matters Alliance.

Oplossing 3: inductieladen met Qi

De Alliance for Wireless Power (A4WP) lijkt de meest machtige partij als het op draadloos opladen aankomt, maar er is eigenlijk nog een groep die belangrijker is. Het Wireless Power Consortium staat achter een standaard met de naam Qi. Zij hebben momenteel het grootste marktaandeel, dankzij toestellen van Nokia en LG. Het Wireless Power Consortium (WPC) heeft bijna 150 leden, waaronder telefoonmakers Nokia, LG, Samsung en Motorola, autofabrikanten zoals Toyota, chipmakers, mobiele providers en fabrikanten van telefoonaccessoires. Qi is het Chinese woord voor energie en wordt uitgesproken als ‘chi’. Er zijn al bijna 200 concrete producten op de markt, zoals de Nokia Lumia 920, de HTC Droid DNA en de LG Optimus 2. Toyota heeft Qi toegepast in het dashboard van auto’s. Qi zal ook in camera’s, notebooks en allerlei andere apparaten verschijnen.

In Europa is McDonalds bezig met een pilotproject om de PowerKiss Qi te testen. Deze oplossing is te zien op de foto hiernaast en werkt met een soort adapters die je aan de iPhone vastmaakt. Ideaal is het niet, want het vereist een extra accessoire. Handiger zou zijn als de Qi-adapter al standaard in het apparaat is verwerkt, bijvoorbeeld in een smartwatch.

En ook hier geldt: Apple is geen lid van de organisatie achter Qi, althans niet op papier. De meeste oplossingen voor draadloos laden hebben als nadeel dat je je iPhone in een hardplastic beschermhoes moet stoppen, waar de oplaadtechnologie is verwerkt. Bij een iWatch gaat dat niet werken: de oplossing is te groot en een apart hoesje is veel gedoe. Dat het helemaal niet nodig is, bewijst de iQi Mobile Receiver die hieronder op de foto te zien is: een dunne sticker van maar een halve millimeter dik is. Je kunt deze vastmaken aan een flexibele kabel die je in de Lightning-poort van een iOS-apparaat steekt. iQi zou de oplossing kunnen zijn voor het makkelijk draadloos opladen van de iWatch, maar dan moet Apple wel een Lightning-poort in de behuizing opnemen. Een iQi Mobile Receiver is voor maar €25 te koop (toegegeven, het stelt ook niet veel voor als je het in handen hebt). Je moet daarnaast nog een Qi Wireless Charger Pad kopen, die eveneens €25 kost. Apple kan makkelijk het bedrijfje achter iQi (fonesalesman.com) overnemen om de technologie ook te kunnen gebruiken voor de iWatch.

Oplossing 4: iWatch opladen met zonne-energie

Hoewel toestelfabrikanten zoals Nokia tot LG neigen naar draadloos opladen, is het voor Apple eigenlijk niet de meest ideale oplossing. Apple wil graag eenvoudige en elegante oplossingen en daar voldoen producten als de iQi nog niet aan. Apple-topman Phil Schiller is zich daarvan bewust: hij uitte zich kritisch over draadloos opladen. Hij is van mening dat draadloos opladen nu nog complex is en uiteindelijk nog steeds een kabel vereist: “Als je een ander apparaat in de muur moet steken dan is dat in de meeste gevallen complexer”, vertelde hij in 2012 bij de lancering van de iPhone 5. Ideeën om het slimmer aan te pakken heeft Apple wel, zoals bleek uit een patent voor inductieladen via iOS-oordopjes.

Maar misschien kan het nóg slimmer, zonder dat je allerlei apparatuur nodig hebt. Door gebruik te maken van energie die er toch al is: zonne-energie. Apple zocht vorig jaar nog een expert, die verstand heeft van zonnecellen voor mobiele apparaten. Als Apple bijvoorbeeld de zonnecellen achter het schermpje van de iWatch kan verbergen, hoef je je horloge helemaal niet meer op te laden. Ideaal! En het voldoet aan Apple’s filosofie dat het niet complex mag zijn. Ga gewoon een paar uur met je horloge in de zon zitten en de batterij laadt zichzelf op. Alleen doet daar zich meteen ook het grootste probleem voor: we zijn niet de hele dag bezig met in de zon liggen en op terrasjes zitten. In tropische landen gaan mensen liever binnenzitten om de hitte te ontvluchten. En in een groot deel van de westerse wereld is het maar een paar keer per week zodanig lekker weer, dat je op een terras kunt zitten. Apple zal een oplossing moeten vinden om de iWatch ook te kunnen opladen met lichtbronnen binnenshuis. Dat kan, maar is minder efficiënt dan gebruik van zonlicht. In dit filmpje is te zien hoe iemand met zonnecellen probeert om energie terug te winnen van een tl-buis.

Dat Apple zonnecellen serieus overweegt is terug te vinden in een artikel van New York Times van begin februari:

…one idea is to add a solar-charging layer to that screen, which would give power to the device in daylight, they said.

Opladen met zonnecellen is haalbaar, maar is nog niet zover uitgekristalliseerd als de eerder genoemde oplossingen met draadloos opladen. Misschien is dat ook de reden waarom Apple nog even wacht met het uitbrengen van een iWatch: ze willen de best mogelijke oplossing hebben, niet een gehaaste oplossing zoals die van Samsung. Zonne-energie klinkt als een goede oplossing, maar Apple moet rekening houden met de leefomstandigheden van gebruikers overal ter wereld, van Alaska tot Saoedi-Arabië. Zonlicht is niet overal even uitbundig aanwezig en zonne-energie kan niet de enige laadoptie op de iWatch zijn. Apple zal hoe dan ook nog een Lightning-aansluiting moeten inbouwen om in donkere periodes de iWatch te kunnen opladen via het stopcontact.

Oplossing 5: Kinetische energie

Kinetische energie is veruit de mooiste methode om de iWatch te kunnen opladen. Het wordt al decennialang gebruikt in duurdere horloges en het is dus al bewezen dat het in een compact apparaatje past. Apple kan de technologie in massaproductie toepassen, waardoor de prijs omlaag kan. Kinetische energie is fantastisch: het werkt bij wereldwijd en Apple heeft eigenlijk alle aanknopingspunten al in huis. Met de M7 co-processor heeft Apple al aangetoond om lichaamsbewegingen te kunnen meten. Als je die beweging meteen gebruikt om een horlogebatterij op te laden, sla je twee vliegen in één klap: je meet fitnessdata en je laadt een batterij op. Apple heeft al patenten ingediend, waarin ze uitleggen hoe een bewegende arm tijden het lopen energie kan opwekken. Die energie wordt vervolgens gebruikt door een elektronisch apparaat. Voor de iWatch is de M7-processor eigenlijk nog idealer, want die zit constant dicht op je lichaam. Bij de M7-processor in de iPhone 5s moet je altijd de telefoon in de hand houden om lichaamsbeweging te registreren.

Conclusie: flexibele batterij en kinetische energie

Als Apple slim is, kiezen ze voor oplossing 1 en 5. Een flexibele batterij zorgt ervoor dat alle vrije ruimte in de iWatch kan worden gebruikt voor de batterij, terwijl kinetische energie ervoor zorgt dat de iWatch zich ongemerkt oplaadt en nooit hoeft te worden bijgeladen. Apple hoeft niet eens moeilijk te doen met technologie die nog niet voldoende is onderzocht, want horloges die aangedreven worden door kinetische energie bestaan al veel langer. Dat makers van smartwatches nog geen kinetische energie hebben toegepast, komt wellicht omdat een smartwatch door het schermpje en de constante stroom aan (tril)notificaties heel wat meer energie nodig heeft dan een klassiek horloge. Maar daar valt met optimalisaties wel wat aan te doen. En zelfs al zorgt de kinetische energie maar voor 50% van de voeding van een iWatch, dat is altijd nog beter dan 100% afhankelijk zijn van het stopcontact of de usb-poort van de computer. Draadloos opladen en zonne-energie leveren nog teveel complexiteit en kopzorgen op om een echt elegante oplossing te kunnen bieden.