
美国华盛顿大学的工程师已经开发出一种
无需内置电源 (即没有电池)即可
工作的手机 。 他从距离最大9.4 m的辅助广播电台通过无线电接收所需的3.48微瓦(最大)功率(最大)。如果有光源,那么光电管会提供额外的能量,因此您可以从基站移开15.2。米
研究人员认为,他们的工作将是制造不带电池的成熟手机的第一步,即使没有辅助无线电台也可以使用。 毕竟,在城市空间中,有太多的排放物可以转化为电能。
一组工程师设法将手机的能耗降至最低。 为此,他们应用了许多创新解决方案。 华盛顿大学计算机科学与工程学院副教授,科学著作的合著者Shyam Gollakota
说: “我们认为,我们制造了世界上第一台耗电少的功能手机。” “为了实现非常非常小的功耗,以便您的手机可以从环境中接收能量,我们必须从根本上重新考虑此类设备的设计原理。”
应该注意的是,现在有许多不同的电子设备在没有电池的情况下运行良好,消耗了环境能量-无线电波,阳光,振动,人体热量(温差)等。但是通常这是低功率电子设备,例如各种偶尔工作的传感器。 也就是说,它们会长时间(一两分钟)积聚能量,然后“醒来”并做一些有用的工作,然后再次切换到能量存储模式。 处于通话模式的移动电话应该一直工作,因此会有更多的功耗:“您不能说“你好!”,然后等待一分钟,直到电话积聚足够的能量来继续传输,”布莱斯·凯洛格恰当地指出。华盛顿大学电气工程博士学位,另一位研究合著者。 -这是最大的困难。 通过周围的无线电波或光,您通常可以得到1到10微瓦的能量,而不是更多。 因此,对于实时对话,有必要开发一种根本上新的传输和接收语音的方法。” 他们想出了这样的方法。 开发人员设法摆脱了手机电子组件中最繁琐的过程之一,即模数转换。

手机没有ADC芯片。 取而代之的是,电话的天线连接到
驻极体麦克风 ,并且其振动被转换为基站的标准模拟无线电信号的变化。 在接收模式下,信号变化被转换为扬声器振动,而在传输模式下,通过射频开关在驻极体麦克风上带有静电的振膜的机械振动被直接转换为天线无线电信号的变化。 这种转换实际上不消耗能量。
语音传输方案(左)和接收(右)根据
IEEE Spectrum的 专家的说法,这种设计部分是基于1940年代美国情报人员在美国驻莫斯科大使馆服务台所安装的无源窃听设备的模型而创建的。
这种方法的缺点是用户需要按下按钮才能将电话从接收模式转移到传输模式,反之亦然(半双工)。 但是,这一缺点被能源消耗的大幅减少所抵消。

可以将用于广播适当无线电信号以“馈送”电话的基站集成到现有的WiFi路由器中,该路由器已经安装在几乎每个公寓中。

作者证明,从市售组件中您可以组装一部电话,其能耗估计为微瓦。 从理论上讲,这样的电话实际上可以在没有电池或没有附加基站的情况下工作,只需从环境中收集能量即可。 这足以传输语音和数据,以及响应从键盘输入的数据。 在实验室中,工程师能够拨打Skype电话并与呼叫者通话。
到目前为止,这只是第一个原型,但是发明的节能方法可以在其他制造商的未来设备中找到应用。 毕竟,如果人们需要某种无需电池就能工作的电子设备,那么这就是一部手机。
在不久的将来,开发人员打算将通信加密方案引入“不带电池的电话”中,增加与基站的距离,增加电子墨水显示器和广播视频的能力。
该科研成果已于2017年7月1日
发表在《
计算机技术在互动,移动,可穿戴和泛在技术上的进展》杂志(doi:10.1145 / 3090090,
pdf )。