Engenheiros da Universidade de Washington (EUA) desenvolveram um
telefone celular que funciona sem uma fonte de energia embutida (ou seja, sem bateria). Ele recebe os 3,48 microwatts necessários (máximo) por rádio de uma estação de rádio auxiliar, localizada a uma distância de até 9,4 m. Se houver uma fonte de luz, as fotocélulas fornecerão energia adicional, pela qual você pode se afastar da estação base em 15,2 m
Os pesquisadores acreditam que seu trabalho será o primeiro passo para criar um telefone celular completo, sem baterias, que pode funcionar mesmo na ausência de uma estação de rádio auxiliar. Afinal, no espaço urbano existem tantas emissões que podem ser convertidas em eletricidade.
Um grupo de engenheiros conseguiu minimizar o consumo de energia de um telefone celular. Para fazer isso, eles aplicaram uma série de soluções inovadoras. "Criamos, em nossa opinião, o primeiro celular funcional do mundo que consome pouca energia",
diz Shyam Gollakota, professor associado da Escola de Ciência da Computação e Engenharia da Universidade de Washington, co-autor de trabalhos científicos. "Para alcançar um consumo de energia muito pequeno demais para que o telefone receba energia do ambiente, tivemos que repensar fundamentalmente os princípios de design desses dispositivos".
Deve-se observar que agora existem muitos dispositivos eletrônicos diferentes que funcionam bem sem baterias, consumindo energia ambiental - ondas de rádio, luz solar, vibração, calor do corpo humano (diferença de temperatura) etc. Mas, geralmente, esses são eletrônicos de baixa potência, como vários sensores que funcionam esporadicamente. Ou seja, eles acumulam energia por um longo período de tempo (um minuto ou dois) e, em seguida, "acordam" e fazem algum trabalho útil, após o qual passam novamente para o modo de armazenamento de energia. Um telefone celular no modo de conversa deve funcionar constantemente, para que haja muito mais consumo de energia: "Você não pode dizer" Olá! "E espere um minuto até que o telefone acumule energia suficiente para continuar a transmissão", observou Bryce Kellogg apropriadamente. Doutor em Engenharia Elétrica, Universidade de Washington, outro co-autor de pesquisa. - Foi a maior dificuldade. Das ondas de rádio ou da luz ao redor, geralmente é possível chegar a 1 a 10 microwatts, e não mais. Portanto, para uma conversa em tempo real, era necessário desenvolver uma abordagem fundamentalmente nova para transmitir e receber fala. ” E eles vieram com essa abordagem. Os desenvolvedores conseguiram se livrar de um dos processos mais glutões dos componentes eletrônicos de um telefone celular - a conversão de analógico para digital.
O telefone não possui um chip ADC. Em vez disso, a antena do telefone está conectada a um
microfone de eletreto - e suas vibrações são convertidas em alterações no sinal de rádio analógico padrão para a estação base. No modo de recepção, as alterações de sinal são convertidas em vibrações do alto-falante e, no modo de transmissão, as vibrações mecânicas do diafragma com uma carga eletrostática no microfone do eletreto através do interruptor de frequência de rádio são diretamente convertidas em alterações no sinal de rádio da antena. Essa conversão praticamente não consome energia.
Esquema de transmissão de voz (esquerda) e recepção (direita)Segundo
especialistas do
IEEE Spectrum , esse projeto foi parcialmente criado no modelo de um dispositivo de escuta telefônica passivo instalado por oficiais de inteligência russos na mesa da embaixada do embaixador americano em Moscou na década de 1940.
A desvantagem dessa abordagem é que o usuário precisa pressionar um botão para transferir o telefone do modo de recepção para o modo de transmissão - e vice-versa (half duplex). Mas essa desvantagem é compensada por uma enorme redução no consumo de energia.
As estações base para transmitir um sinal de rádio adequado para "alimentar" o telefone podem ser integradas aos roteadores WiFi existentes, que já estão instalados em quase todos os apartamentos.
Os autores provaram que, a partir de componentes disponíveis no mercado, é possível montar um telefone cujo consumo de energia é estimado em microwatts. Teoricamente, esse telefone pode realmente funcionar sem bateria ou sem uma estação base adicional, simplesmente coletando energia do ambiente. Isso é suficiente para transmitir voz e dados, bem como responder à entrada de dados do teclado. No laboratório, os engenheiros puderam fazer uma chamada pelo Skype e conversar com o chamador.
Até agora, este é apenas o primeiro protótipo, mas os métodos inventados de economia de energia podem ser aplicados em dispositivos futuros de outros fabricantes. Afinal, se as pessoas precisam de algum tipo de dispositivo eletrônico que sempre funcione sem baterias, então este é um telefone celular.
Em um futuro próximo, os desenvolvedores pretendem introduzir um esquema de criptografia de comunicação no "telefone sem baterias", aumentar a distância da estação base, adicionar um display eletrônico de tinta e a capacidade de transmitir vídeo.
O trabalho científico foi
publicado em 1 de julho de 2017 na revista
Proceedings da Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies (doi: 10.1145 / 3090090,
pdf ).