Vašingtono universiteto mokslininkai sukūrė mobilųjį telefoną, kuriam nebereikia akumuliatoriaus – tai didelis žingsnis į priekį, kuriant mobiliuosius įrenginius, kuriems nebereiktų įkroviklių ir kurių energijos šaltinis neretai išsenka pačiu netinkamiausiu metu. Šis telefonas naudoja išorinės aplinkos energiją – tai gali būti radijo stoties bangos ar šviesos energija.
„Mes sukūrėme, mūsų manymu, pirmąjį mobilųjį telefoną, kurio naudojama galia yra nykstamai maža“, teigė šio darbo autoriai. „Norėdami tai pasiekti, mes turėjome iš esmės pakeisti kaip kuriuos išmaniųjų telefonų veikimo principus“.
Vašingtono universiteto mokslininkų ir inžinierių komanda panaikino vieną iš pagrindinių, bet tuo pačiu ir daugiausiai energijos suvartojantį žingsnį – analoginio signalo konvertavimą į skaitmeninį ir atvirkščiai – skaitmeninio į analoginį.. Šis procesas sunaudoja tiek daug energijos, kad kol kas praktiškai neįmanoma sukurti tokio telefono, kuriam pakaktų tik iš aplinkos gaunamos energijos.
Tokiu telefonu tyrėjams pavyko paskambinti ir per „Skype“ programėlę, taip įrodant, kad šis prototipas, sukurtas iš įprastinių komercinių elektronikos komponentų, gali priimti ir perduoti pokalbį nei palaikyti nuolatinį reikiamos galios ryšį su bazine stotimi.
Vietoj skaitmeninio-analoginio konvertavimo naujasis mobilusis telefonas naudoja nedideles telefono mikrofono ir garsiakalbio vibracijas, kurios atsiranda, žmogui kalbant telefonu arba klausantis skambinančiojo.
Telefono antena yra tiesiogiai sujungta su mikrofonu ir garsiakalbiu ir jų vibracijas panaudoja, pakeisdama standartinio analoginio radijo signalus, kuriuos skleidžia korinio ryšio bazinė stotis. Šis procesas iš esmės užkoduoja garso signalus nuo antenos atspindinčiuose radijo signaluose taip, kad beveik nenaudojama telefono energija.
Perduodant pokalbį, telefonas naudoja savo mikrofono virpesius, o priimant – jis konvertuoja koduotus radijo signalus į garso virpesius, kurie perduodami į telefono garsiakalbį. Prototipiniame įrenginyje vartotojas turi paspausti mygtuką, nurodydamas, kokiu režimu telefonas turi dirbti – perdavimo ar klausymosi.
Naudodamiesi tik įprastai komerciniais elektronikos komponentais, surinktais ant spausdintinės plokštės, tyrėjai pademonstravo, kad šis prototipas gali atlikti pagrindines išmaniojo telefono funkcijas – perduoti pokalbius ir duomenis bei gauti duomenis, vartotojo įvedamus mygtukais.
„Mobilusis telefonas yra toks įrenginys, kurį šiandien naudoja beveik visi. Taigi, jei mes norėtume, kad būtų nors vienas mobilus įrenginys, kuris galėtų veikti be akumuliatoriaus, neabejotinas pasirinkimas būtų mobilusis telefonas“, – teigė Vašingtono universiteto Elektros inžinerijos katedros profesorius Džošua Smitas (Joshua Smith). „Mūsų sukurtas telefono prototipas – tai įrodymas, kad jau šiandien tai realu, ir mes manome, kad tai ateityje gali smarkiai pakeisti mobiliuosius įrenginius“.
Inžinieriai sukūrė ir specialią bazinę stotį radijo signalams perduoti ir priimti. Ši technologija gali būti integruota ir į standartinę korinio tinklo infrastruktūrą arba Wi-Fi maršrutizatorius, kurie paprastai naudojami duomenų perdavimui, pavyzdžiui, iš „Skype“ programos.
„Galima įsivaizduoti, kad ateityje visos bazinės stotelės ar Wi-Fi maršrutizatoriai galės turėti ir mūsų bazinės stoties technologiją. Tuomet vartotojai galės naudotis telefonu be akumuliatoriaus visur, kur tik pasiekia ryšio signalas“, teigia šio telefono kūrėjai.
Telefonui be akumuliatoriaus vis vien reikia šiek tiek energijos, bet ypač mažai. Prototipinio modelio vartojama galia yra 3,5 mikrovato.
Mokslininkai pademonstravo, kaip būtų galima surinkti šį nedidelį energijos kiekį iš dviejų skirtingų šaltinių – aplinkos radijo signalų ir šviesos. Vienu atveju telefono prototipas veikė gaudamas bazinės stoties radijo signalą, būdamas nuo jos nutolęs maždaug 10 metrų atstumu. Kitas būdas – šviesos energija. Pakako mažo, iki pusės kvadratinio centimetro ploto saulės elemento ir dienos šviesos, kad telefonas veiktų būdamas nutolęs 15 metrų atstumu nuo bazinės stotelės.
Didžiausias iššūkis buvo sumažinti mobiliojo telefono sunaudojamą energijos kiekį iki tokio lygio, kad jo pakaktų nuolatiniam telefono veikimui. Naudojant dabartines technologijas, tokio dydžio prietaisas iš aplinkos gali gauti maždaug 1-10 mikrovatų galios. To niekaip nepakaktų, radikaliai nepakeitus signalų siuntimo ir gavimo būdo, ką mokslininkai ir padarė.
Dabar mokslininkai planuoja sutelkti dėmesį į tai, kaip pagerinti telefono veikimo diapazoną ir šifruoti pokalbius, kad jie būtų saugūs, taip pat pasiekti, kad būtų galima transliuoti ir gauti vaizdo skambučius, bei panaudoti ypač ekonomiškus elektroninio rašalo ekranus.
Vamsi Talla et al, Battery-Free Cellphone, Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies (2017). DOI: 10.1145/3090090
Daugiau:
Telefono metaduomenys gali atskleisti stebėtinai daug asmeninės informacijos
Kaip išmanųjį telefoną paversti mikroskopu
Išmanusis telefonas – iš „Raspberry Pi“ komponentų
Įdomiausios lietuviškos inovacijos 2016-aisiais