Ingenieure der University of Washington (USA) haben ein
Mobiltelefon entwickelt, das ohne eingebaute Stromquelle (dh ohne Batterie)
funktioniert . Er erhält die erforderlichen 3,48 Mikrowatt (maximal) per Funk von einer Hilfsfunkstation, die sich in einer Entfernung von bis zu 9,4 m befindet. Wenn eine Lichtquelle vorhanden ist, liefern die Fotozellen zusätzliche Energie, wodurch Sie sich um 15,2 von der Basisstation entfernen können m
Die Forscher glauben, dass ihre Arbeit der erste Schritt zur Schaffung eines vollwertigen Mobiltelefons ohne Batterien sein wird, das auch ohne zusätzlichen Radiosender funktionieren kann. Schließlich gibt es im städtischen Raum so viele Emissionen, die in Elektrizität umgewandelt werden können.
Einer Gruppe von Ingenieuren gelang es, den Energieverbrauch eines Mobiltelefons zu minimieren. Zu diesem Zweck haben sie eine Reihe innovativer Lösungen angewendet. „Wir haben unserer Meinung nach das weltweit erste funktionierende Mobiltelefon gebaut, das wenig Strom verbraucht“,
sagt Shyam Gollakota, Associate Professor an der School of Computer Science and Engineering der Washington University, Mitautor wissenschaftlicher Arbeiten. „Um einen so sehr, sehr geringen Stromverbrauch zu erzielen, dass Ihr Telefon Energie aus der Umgebung erhalten kann, mussten wir die Konstruktionsprinzipien solcher Geräte grundlegend überdenken.“
Es sollte beachtet werden, dass es jetzt viele verschiedene elektronische Geräte gibt, die ohne Batterien auskommen und Umweltenergie verbrauchen - Radiowellen, Sonnenlicht, Vibration, menschliche Körperwärme (Temperaturunterschied) usw. Aber normalerweise handelt es sich um Elektronik mit geringem Stromverbrauch, wie verschiedene Sensoren, die sporadisch arbeiten. Das heißt, sie sammeln für eine lange Zeit (ein oder zwei Minuten) Energie an, „wachen auf“ und erledigen nützliche Arbeiten. Danach wechseln sie wieder in den Energiespeichermodus. Ein Mobiltelefon im Gesprächsmodus sollte ständig funktionieren, damit viel mehr Strom verbraucht wird: "Sie können nicht" Hallo! "Sagen. Warten Sie dann eine Minute, bis das Telefon genug Energie gesammelt hat, um die Übertragung fortzusetzen", bemerkte Bryce Kellogg treffend. Promotion in Elektrotechnik an der University of Washington, einem weiteren Mitautor der Forschung. - Es war die größte Schwierigkeit. Durch umgebende Radiowellen oder Licht können Sie normalerweise im Bereich von 1 bis 10 Mikrowatt nicht mehr erreichen. Für ein Gespräch in Echtzeit war es daher erforderlich, einen grundlegend neuen Ansatz für das Senden und Empfangen von Sprache zu entwickeln. “ Und sie haben sich einen solchen Ansatz ausgedacht. Den Entwicklern gelang es, einen der schwierigsten Prozesse in den elektronischen Komponenten eines Mobiltelefons loszuwerden - die Analog-Digital-Umwandlung.
Das Telefon hat keinen ADC-Chip. Stattdessen wird die Antenne des Telefons an ein
Elektretmikrofon angeschlossen - und ihre Vibrationen werden in Änderungen des analogen Standardfunksignals für die Basisstation umgewandelt. Im Empfangsmodus werden die Signaländerungen in Lautsprechervibrationen umgewandelt, und im Sendemodus werden die mechanischen Schwingungen der Membran mit einer elektrostatischen Ladung am Elektretmikrofon über den Hochfrequenzschalter direkt in Änderungen des Antennenfunksignals umgewandelt. Eine solche Umwandlung verbraucht praktisch keine Energie.
Sprachübertragungsschema (links) und Empfang (rechts)Experten von
IEEE Spectrum zufolge wurde ein solches Design teilweise nach dem Vorbild eines passiven Abhörgeräts erstellt, das in den 1940er Jahren von russischen Geheimdienstmitarbeitern am Schreibtisch der Botschaft des amerikanischen Botschafters in Moskau installiert wurde.
Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass der Benutzer eine Taste drücken muss, um das Telefon vom Empfangsmodus in den Sendemodus zu übertragen - und umgekehrt (Halbduplex). Dieser Nachteil wird jedoch durch eine enorme Reduzierung des Energieverbrauchs ausgeglichen.
Basisstationen zur Ausstrahlung eines geeigneten Funksignals zum „Einspeisen“ des Telefons können in vorhandene WLAN-Router integriert werden, die bereits in fast jeder Wohnung installiert sind.
Die Autoren haben bewiesen, dass man aus handelsüblichen Komponenten ein Telefon zusammenbauen kann, dessen Energieverbrauch in Mikrowatt geschätzt wird. Theoretisch kann ein solches Telefon tatsächlich ohne Akku oder ohne zusätzliche Basisstation arbeiten und einfach Energie aus der Umgebung sammeln. Dies reicht aus, um Sprache und Daten zu übertragen und auf Dateneingaben über die Tastatur zu reagieren. Im Labor konnten Ingenieure einen Skype-Anruf tätigen und mit dem Anrufer sprechen.
Bisher ist dies nur der erste Prototyp, aber die erfundenen Methoden zur Energieeinsparung können in Geräten der Zukunft anderer Hersteller Anwendung finden. Wenn Menschen ein elektronisches Gerät benötigen, das immer ohne Batterien funktioniert, dann ist dies ein Mobiltelefon.
In naher Zukunft beabsichtigen die Entwickler, ein Kommunikationsverschlüsselungsschema in das „Telefon ohne Batterien“ einzuführen, den Abstand zur Basisstation zu vergrößern, ein elektronisches Tintendisplay hinzuzufügen und Videos senden zu können.
Die wissenschaftliche Arbeit wurde am 1. Juli 2017 in der Zeitschrift
Proceedings der Association for Computing Machinery für interaktive, mobile, tragbare und allgegenwärtige Technologien (doi: 10.1145 / 3090090,
pdf ) veröffentlicht.