I 1945 blev en håndskåret trækopi af USAs store segl hængt i boligundersøgelsen af den amerikanske ambassadør i Sovjetunionen. Detaljeringen var bemærkelsesværdig - hver fjer på ørnens vinger defineret delikat, dens næb buede lige så. Men det var ikke det, der gjorde stykket forbløffende.
Relateret indhold
- Hvorfor amatørradiooperatører ser på orkanen Harvey
- Opladning foran: Batteriernes fremtid
- Tillykke med 10 års fødselsdag, iPhone! Så hvad er det næste?
Det var også en fejl.
Sælen blev præsenteret for ambassadøren som en fredelig gestus af en delegation fra den unge pionerorganisation i Sovjetunionen. Men gemt inden for det kunstneriske værk, lige under fuglens næb, var en lytteindretning. Det havde intet batteri eller aktiv elektronik, hvilket gjorde det næsten ikke detekterbart. Faktisk blev det ikke fundet i syv år.
Nu udnytter et team af forskere ved University of Washington i Seattle endnu en gang lignende teknologi til en lige så forbløffende, men mindre skjult drift: batterifri mobiltelefoner.
Selvom det er usandsynligt, at designet nogensinde vil erstatte vores magt-sultne smarttelefoner, har teknologien løftet om at hjælpe med en klemme. ”Lad os sige, at du er strandet et eller andet sted, og din telefon går tom for batteri, ” siger Vamsi Talla, der arbejdede på projektet, mens han var forskningsassistent ved University of Washington. ”Du kan stadig foretage et 911-opkald, hvilket kan være en livredder.”
Med en almindelig mobiltelefon er der to ting, der bruger meget strøm, siger Talla. Først skal din telefon konvertere din stemme (et analogt signal) til et digitalt signal. For det andet overfører det signalet i form af radiofrekvenser til et tårn.
Så teamet fjernede disse komponenter fra deres redesignede telefon. I stedet brugte de de grundlæggende principper i den sovjet-æra teknologi til at omarbejde, hvordan enheden fungerer.
I tilfælde af den store seglbug forårsagede stemmer i rummet, at en lille membran, der var skjult i strukturen, vibrerede og ændrede resonansen i det indre hulrum. For at lytte ind, ville ivrige sovjetiske agenter på gaden bare have fokus på den rigtige frekvens af radiobølger i retning af tætningen, der aktiverede en antenne inde i bugten. Derefter kunne de samle refleksioner, der blev hoppet tilbage - også kendt som backscatter.
I tilfælde af en batterifri telefon udsendes der konstant et radiosignal fra en fjerntliggende basestation. Når en person taler ind i enheden, reflekteres disse frekvenser tilbage til basestationen. Det er derefter basestationens opgave at oprette forbindelse til det cellulære netværk og overføre opkaldet.
”Du kan ikke bryde fysikkens love, ” siger Talla. ”Hvis noget skal udføre en masse arbejde, har det brug for meget strøm.” Så i stedet for at telefonen udfører det meste af arbejdet, bliver basestationen et kommunikationskraftcenter. Selve telefonen bruger kun nogle få mikrotatt strøm og høster sin energi enten fra omgivende radiobølger eller lys. Til solenergi bruger enheden en lille (1 cm firkantet) fotodiode.
For tiden er systemet temmelig rudimentært - bygget fuldstændigt med hyldekomponenter. Brugeren bærer hovedtelefoner for at lytte til opkaldet. Den har ingen skærm og ligner lidt et computerkort med en berøringsfølsom nummertastatur. Det er også mere som en walkie-talkie end en telefon, siger Talla. ”Du kan enten tale eller modtage på et enkelt tidspunkt.” For at tale, trykker brugeren på en knap og taler ind i gadgeten.
For disse tidlige prototyper, som forskerne har ansøgt om et patent på, er lydkvaliteten ikke stor, og brugeren skal være inden for 50 meter fra basestationen for, at telefonen kan arbejde. Skønt forskerne håber at forbedre rækkevidden, er telefonen sandsynligvis ikke noget, som folk på fjerntliggende steder let vil kunne henvende sig til, hvis problemer rammer.
”I det hele taget er det, de laver, meget interessant, og de forfølger et mål, som alle ville elske og dræbe for, ” siger David Blaauw, en elektrisk ingeniør, hvis forskning ved University of Michigan lægger vægt på design med lav effekt. "Det er en meget flot implementering, og det er et meget komplet system, som de demonstrerer, men der er nogle problemer, der ser ud til at være noget grundlæggende for designet."
For det første, siger Blaauw, der ikke var involveret i forskningen, vil telefonens rækkevidde blive vanskelig at opskalere, fordi signalstyrken kraftigt forringes med afstanden. Og ved hjælp af tilbagespredning skal signalet rejse ret langt. ”Signalet skal gå fra basestationen til mobiltelefonen og derefter reflekteres passivt og derefter rejse tilbage til basestationen, ” siger han. "Det er derfor, de får titusinder af meter, ikke hundreder af meter eller kilometer, hvilket er, hvad moderne mobiltelefoner får." Faktisk siger telekommunikationseksperter, at en moderne mobiltelefon kan oprette forbindelse til et tårn mere end 20 miles væk.
Det andet spørgsmål, siger Blaauw, kunne være interferens. Da basestationen arbejder på at udvælge den lille ændring i passivt reflekterede radiobølger, kunne flere telefoner, der arbejder samtidig, gøre det udfordrende at vælge det rigtige signal i al støj. Men Talla siger, at de arbejder på at løse dette problem i fremtidige prototyper ved hjælp af basestationen til yderligere behandling og filtrering.
Holdet fortsætter deres arbejde med den batteriløse telefon i samarbejde med Jeeva Wireless, et spin-off-firma fra laboratoriets forskning, der fokuserer på kommercialisering af Wi-Fi med lav lav effekt. Talla, i øjeblikket CTO for Jeeva, siger, at de planlægger at indarbejde et kamera til billeder og tekstfunktioner ved hjælp af en E-blækskærm - den samme teknologi, der i øjeblikket ses i Kindle og andre E-læsere. En anden mulig fremtid for gadgeten ville være at inkorporere den i en almindelig smart telefon, siger Talla. På den måde, hvis batteriet dør, kan brugeren stadig foretage nødopkald. Uanset hvad håber de at forbedre kvaliteten af opkald ved at udvikle en mikrofon, der er specielt designet til backscatter.
Ifølge Talla har enheden en lys fremtid med næste generations teknologier. ”En mulighed for 5G ville gøre vores teknik mere praktisk, ” siger han. Med 5G planlægger virksomheder at flytte cellulære basestationer meget tættere sammen for at give mulighed for højere datahastigheder. For den batteriløse mobiltelefon ville skiftet til tættere mobiltelefontårne øge dækningen, især i bymiljøer.
Selvom ideen er en spændende idé, vil det vare lang tid, før batterifrie mobiltelefoner får den til at markedsføre. For øjeblikket skal du i det mindste stadig have det ekstra ladekabel til rådighed.
