Первый в мире мобильный телефон без батареи работает за счет световой энергии и радиосигнала

Первый в мире мобильный телефон без батареи работает за счет световой энергии и радиосигналу

Возможно, мы стали на один шаг ближе к свободному от батареи будущему благодаря новым исследованиям инженеров Университета Вашингтона.

«Мы создали то, что, по нашему мнению, является первым функционирующим мобильным телефоном, который потребляет почти нулевое количество энергии», — сказал Шейм Голлакота (Shyam Gollakota), профессор Университета Вашингтона.

 «Чтобы обеспечить действительно низкое энергопотребление, необходимое для работы телефона за счет сбора энергии из окружающей среды, нам пришлось принципиально переосмыслить то, как это устройство разработано».

С помощью своего телефона команда также сделала несколько звонков Skype, демонстрируя, что прототип, собранных из обычных компонентов, может принимать, передавать речь и общаться с базовой станцией.

Первый в мире мобильный телефон без батареи работает за счет световой энергии и радиосигналу

Команда программистов и инженеров-электриков Университета устранила высокую энергопотребность, существующую в современной сотовой связи — преобразование аналоговых сигналов, которые переводят звук в цифровые данные, понятные телефону. Этот процесс потребляет столько энергии, что невозможно спроектировать телефон, который может полагаться на возобновляемые источники энергии.

Вместо этого разработанный мобильный телефон использует крошечные вибрации в микрофоне или динамике телефона, которые возникают, когда человек разговаривает с абонентом или слышит вызов.

Первый в мире мобильный телефон без батареи работает за счет световой энергии и радиосигналу

Антенна, подключенная к этим компонентам, преобразует это движение в изменения стандартного аналогового радиосигнала, передаваемого сотовой базовой станцией. Этот процесс по существу кодирует речевые схемы в отраженные радиосигналы таким образом, который практически не использует энергию.

Чтобы передать слова, телефон использует вибрации микрофона устройства для кодировки речевых паттернов в отраженные сигналы. Для приема речи он преобразует закодированные радиосигналы в звуковые колебания, которые принимаются динамиком телефона.

В прототипном устройстве пользователь нажимает кнопку для переключения между этими двумя режимами: «передача» и «прослушивание».

Первый в мире мобильный телефон без батареи работает за счет световой энергии и радиосигналу

Используя обычные компоненты на печатной плате, команда продемонстрировала, что прототип может выполнять базовые функции телефона — передачу речи и данных и выполнение пользовательского ввода с помощью кнопок. Используя Skype, исследователи смогли принимать входящие звонки, набирать номера и удерживать звонящих на телефоне без использования батареи.

«Сотовый телефон — это устройство, от которого мы зависим больше всего. Поэтому, если бы было одно устройство, которое вы хотели бы использовать без батареи, это, несомненно, мобильный телефон», — говорит Джошуа Смит (Joshua Smith), профессор кафедры электротехники Университета Вашингтона. «Доказательство концепции, которую мы разработали, сегодня достаточно увлекательно, и мы думаем, что это может повлиять на повседневные устройства в будущем».

Первый в мире мобильный телефон без батареи работает за счет световой энергии и радиосигналу

Команда разработала пользовательскую базовую станцию для передачи и приема радиосигналов. Но эта технология, возможно, может быть интегрирована в стандартную инфраструктуру сотовой сети или маршрутизаторы Wi-Fi, которые обычно используются для совершения вызовов.

«В будущем вы могли бы представить, что все сотовые башни или маршрутизаторы Wi-Fi могут поставляться с нашей базой данных, встроенной в нее», — сказал соавтор Вамси Талла (Vamsi Talla), выпускник кафедры электроинжиниринга Университета, и научный сотрудник Allen School.

Первый в мире мобильный телефон без батареи работает за счет световой энергии и радиосигналу

«И, если в каждом доме есть Wi-Fi-маршрутизатор, вы можете получить покрытие для такого типа мобильного телефона».

И все-таки, телефон без батареи по-прежнему требует небольшого количества энергии для выполнения некоторых операций. Прототип имеет запас мощности 3,5 мкВт.

Исследователи продемонстрировали, как можно собрать этот небольшой объем энергии из двух разных источников. Прототип телефона без батареи может работать, используя энергию, собранную от окружающих радиосигналов, передаваемых базовой станцией, расположенной на расстоянии до 10 метров.

И, используя энергию, собранную из окружающего света с помощью крошечного солнечного элемента — примерно размером с рисовое зерно, устройство смогло связаться с базовой станцией, которая находилась на расстоянии 15 метров.

Первый в мире мобильный телефон без батареи работает за счет световой энергии и радиосигналу

Многие другие технологии, не использующие аккумуляторы, полагаются на источники окружающей энергии, такие как датчики температуры или акселерометр, сохраняют энергию прерывисто. Сначала они «считывают», а затем «спят» в течение минуты или двух, в то время как они собирают достаточно энергии для выполнения следующей задачи. В отличие от этого, телефонный звонок требует, чтобы устройство работало непрерывно пока длится разговор.

«Вы не можете поздороваться и подождать несколько минут, пока телефон соберет достаточное количество энергии для продолжения передачи», — сказал соавтор исследования инженер Брайс Келлог (Bryce Kellogg). «Это была самая большая задача — количество энергии, которую вы можете реально собрать из окружающего радио или световых сигналов, составляет порядка 1 или 10 мкВт. Так что в режиме реального времени телефонные сигналы очень трудно получить, не разрабатывая совершенно новый подход к передаче и приему речи».

Далее исследовательская группа планирует сосредоточиться на улучшении рабочего диапазона телефона и шифровании разговоров, чтобы сделать их безопасными. Команда также работает над потоком видео по сотовому телефону и добавит функцию визуального отображения на телефоне с использованием маломощных экранов E-ink.

Исследование финансировалось National Science Foundation и Google Faculty Research Awards.

Facepla.net по материалам: washington.edu

FacePla.net = Хорошие новости экологии