أول هاتف محمول في العالم بدون بطاريات على غرار حشرة التجسس السوفييتية في الأربعينيات

طور مهندسون من جامعة واشنطن (الولايات المتحدة) هاتفًا خلويًا يعمل بدون مصدر طاقة مدمج (أي بدون بطارية). يتلقى 3.48 ميكروات المطلوبة (كحد أقصى) عن طريق الراديو من محطة راديو مساعدة ، والتي تقع على مسافة تصل إلى 9.4 متر.إذا كان هناك مصدر للضوء ، فإن الخلايا الضوئية توفر طاقة إضافية ، والتي يمكنك من خلالها الابتعاد عن المحطة الأساسية بمقدار 15.2 م

يعتقد الباحثون أن عملهم سيكون الخطوة الأولى نحو إنشاء هاتف محمول كامل بدون بطاريات ، والذي يمكن أن يعمل حتى في حالة عدم وجود محطة راديو مساعدة. بعد كل شيء ، في الفضاء الحضري هناك الكثير من الانبعاثات التي يمكن تحويلها إلى كهرباء.

تمكنت مجموعة من المهندسين من تقليل استهلاك الطاقة للهاتف المحمول. للقيام بذلك ، قاموا بتطبيق عدد من الحلول المبتكرة. يقول شيام جولاكوتا ، الأستاذ المساعد في كلية علوم وهندسة الكمبيوتر في جامعة واشنطن ، المؤلف المشارك للعمل العلمي: "بنينا ، في رأينا ، أول هاتف خلوي وظيفي في العالم يستهلك القليل من الطاقة". "من أجل تحقيق استهلاك صغير جدًا جدًا للطاقة حتى يتمكن هاتفك من تلقي الطاقة من البيئة ، كان علينا إعادة التفكير بشكل أساسي في مبادئ تصميم هذه الأجهزة."

وتجدر الإشارة إلى أن هناك الآن العديد من الأجهزة الإلكترونية المختلفة التي تعمل جيدًا بدون بطاريات ، وتستهلك الطاقة البيئية - موجات الراديو ، وضوء الشمس ، والاهتزاز ، وحرارة جسم الإنسان (فرق درجة الحرارة) ، وما إلى ذلك. ولكن عادةً ما تكون هذه إلكترونيات منخفضة الطاقة ، مثل مختلف أجهزة الاستشعار التي تعمل بشكل متقطع. أي أنها تتراكم الطاقة لفترة طويلة (دقيقة أو دقيقتين) ، ثم "تستيقظ" وتقوم ببعض الأعمال المفيدة ، وبعد ذلك تتحول مرة أخرى إلى وضع تخزين الطاقة. لاحظ برايس كيلوج على نحو ملائم أن الهاتف المحمول في وضع التحدث يجب أن يعمل باستمرار ، لذلك هناك الكثير من استهلاك الطاقة: "لا يمكنك أن تقول" مرحبًا! "، ثم انتظر دقيقة واحدة حتى يجمع الهاتف طاقة كافية لمواصلة الإرسال". دكتوراه في الهندسة الكهربائية ، جامعة واشنطن ، مؤلف مشارك آخر للبحوث. - كانت أكبر صعوبة. من موجات الراديو المحيطة أو الضوء ، يمكنك عادة الحصول على ما يتراوح من 1 إلى 10 ميكروات ، وليس أكثر. لذا ، بالنسبة للمحادثة في الوقت الفعلي ، كان من الضروري تطوير نهج جديد بشكل أساسي لنقل واستقبال الكلام. " وقد توصلوا إلى مثل هذا النهج. تمكن المطورون من التخلص من واحدة من أكثر العمليات الشره في المكونات الإلكترونية للهاتف الخلوي - التحويل التناظري إلى الرقمي.



لا يحتوي الهاتف على شريحة ADC. بدلاً من ذلك ، يتم توصيل هوائي الهاتف بميكروفون إلكتريت - ويتم تحويل اهتزازاته إلى تغييرات في إشارة الراديو التناظرية القياسية لمحطة القاعدة. في وضع الاستقبال ، يتم تحويل تغييرات الإشارة إلى اهتزازات مكبر الصوت ، وفي وضع الإرسال ، يتم تحويل الاهتزازات الميكانيكية للحجاب الحاجز مع شحنة إلكتروستاتيكية على ميكروفون الإلكتريت من خلال مفتاح تردد الراديو مباشرة إلى تغييرات في إشارة راديو الهوائي. مثل هذا التحويل عمليا لا يستهلك الطاقة.


مخطط الإرسال الصوتي (يسار) والاستقبال (يمين)

وفقًا لخبراء من IEEE Spectrum ، تم إنشاء هذا التصميم جزئيًا على نموذج جهاز التنصت السلبي الذي تم تثبيته بواسطة ضباط المخابرات الروسية في مكتب سفارة السفير الأمريكي في موسكو في الأربعينيات.

عيب هذا النهج هو أن المستخدم يحتاج إلى الضغط على زر لنقل الهاتف من وضع الاستقبال إلى وضع الإرسال - والعكس صحيح (نصف مزدوج). لكن هذا العيب يقابله انخفاض كبير في استهلاك الطاقة.



يمكن دمج المحطات الأساسية لبث إشارة راديو مناسبة "لتغذية" الهاتف في أجهزة توجيه WiFi الموجودة ، والتي تم تثبيتها بالفعل في كل شقة تقريبًا.



أثبت المؤلفون أنه من المكونات المتاحة تجاريًا ، يمكنك تجميع هاتف يتم تقدير استهلاك الطاقة فيه بالميكروات. من الناحية النظرية ، يمكن أن يعمل مثل هذا الهاتف في الواقع بدون بطارية أو بدون محطة أساسية إضافية ، ببساطة جمع الطاقة من البيئة. هذا يكفي لنقل الصوت والبيانات ، وكذلك الاستجابة لإدخال البيانات من لوحة المفاتيح. في المختبر ، تمكن المهندسون من إجراء مكالمة Skype والتحدث مع المتصل.

حتى الآن ، هذا هو النموذج الأول فقط ، ولكن الطرق المخترعة لتوفير الطاقة يمكن أن تجد التطبيق في أجهزة المستقبل من الشركات المصنعة الأخرى. بعد كل شيء ، إذا كان الناس بحاجة إلى نوع من الأجهزة الإلكترونية التي تعمل دائمًا بدون بطاريات ، فهذا هاتف محمول.


في المستقبل القريب ، يعتزم المطورون إدخال نظام تشفير الاتصالات في "الهاتف بدون بطاريات" ، وزيادة المسافة من المحطة الأساسية ، وإضافة شاشة حبر إلكترونية والقدرة على بث الفيديو.

تم نشر العمل العلمي في 1 يوليو 2017 في مجلة Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive، Mobile، Wearable and Ubiquitous Technologies (doi: 10.1145 / 3090090، pdf ).