Первый мобильный телефон без батареи делает звонки, используя внешнюю мощность

Инженеры UW разработали первый мобильный телефон без батареи, который может отправлять и принимать звонки, используя всего несколько микроватт энергии. Марк Стоун / Университет Вашингтона

Исследователи из Вашингтонского университета изобрели мобильный телефон, который не требует батарей - серьезный скачок в продвижении за пределы зарядных устройств, шнуров и умирающих телефонов. Вместо этого телефон потребляет несколько микроватт энергии, которые ему требуются, от внешних радиосигналов или света.

Команда также звонила по Skype, используя свой телефон без батареи, демонстрируя, что прототип из коммерческих готовых компонентов может принимать и передавать речь и общаться с базовой станцией.

Новая технология подробно описана в бумага опубликовано 1 июля в Труды Ассоциации вычислительной техники по интерактивным, мобильным, носимым и вездесущим технологиям.

«Мы создали, как нам кажется, первый функционирующий мобильный телефон, потребляющий практически нулевую мощность», - сказал соавтор. Шьям Голлакота , доцент в Школе информатики и техники им. Пола Аллена в UW. «Чтобы достичь действительно очень низкого энергопотребления, необходимого для работы телефона за счет сбора энергии из окружающей среды, нам пришлось коренным образом переосмыслить конструкцию этих устройств».

Команда ученых-компьютерщиков и инженеров-электриков UW исключила излишнюю энергию в большинстве современных сотовых передач - преобразование аналоговых сигналов, которые передают звук, в цифровые данные, которые может понять телефон. Этот процесс потребляет так много энергии, что было невозможно разработать телефон, который мог бы полагаться на внешние источники энергии.

Вместо этого мобильный телефон без батареи использует крошечные вибрации в микрофоне или динамике телефона, которые возникают, когда человек разговаривает по телефону или слушает звонок.

Антенна, подключенная к этим компонентам, преобразует это движение в изменения стандартного аналогового радиосигнала, излучаемого сотовой базовой станцией. Этот процесс по существу кодирует речевые структуры в отраженных радиосигналах таким образом, что почти не использует мощность.

Для передачи речи телефон использует вибрации от микрофона устройства для кодирования речевых шаблонов в отраженных сигналах. Для приема речи он преобразует закодированные радиосигналы в звуковые колебания, которые воспринимаются динамиком телефона. В устройстве-прототипе пользователь нажимает кнопку для переключения между этими двумя режимами «передачи» и «прослушивания».

В устройстве-прототипе пользователь нажимает кнопку для переключения между этими двумя режимами «передачи» и «прослушивания»

Телефон без батареи, разработанный в UW, может воспринимать речь, активировать наушники и переключаться между восходящей и нисходящей связями, все в режиме реального времени. Он питается от внешних радиосигналов или света. Марк Стоун / Университет Вашингтона

Используя готовые компоненты на печатной плате, команда продемонстрировала, что прототип может выполнять основные функции телефона - передавать речь и данные и получать пользовательский ввод с помощью кнопок. Используя Skype, исследователи могли принимать входящие звонки, набирать номер и переводить абонентов в режим удержания с помощью телефона без батареи.

«Мобильный телефон - это устройство, от которого мы сегодня зависим больше всего. Поэтому, если бы было одно устройство, которое вы хотели бы использовать без батарей, это был бы мобильный телефон », - сказал руководитель факультета. Джошуа Смит Профессор школы Аллена и факультета электротехники UW. «Доказательство концепции, которую мы разработали, впечатляет сегодня, и мы думаем, что это может повлиять на повседневные устройства в будущем».

Команда разработала специальную базовую станцию ​​для передачи и приема радиосигналов. Но эта технология, возможно, могла бы быть интегрирована в стандартную инфраструктуру сотовой сети или маршрутизаторы Wi-Fi, которые сейчас широко используются для совершения звонков.

«В будущем вы можете себе представить, что все вышки сотовой связи или маршрутизаторы Wi-Fi могут поставляться с нашей встроенной технологией базовой станции», - сказал соавтор. Вамси Талла , бывший доктор наук по электротехнике UW и научный сотрудник Allen School. «И если в каждом доме есть Wi-Fi роутер, вы можете получить покрытие сотового телефона без батареи везде».

Телефон без батареи все еще требует небольшого количества энергии для выполнения некоторых операций. Прототип имеет бюджет мощности 3,5 микроватта.

Исследователи UW продемонстрировали, как собирать это небольшое количество энергии из двух разных источников. Прототип телефона без батареи может работать от мощности, получаемой от окружающих радиосигналов, передаваемых базовой станцией на расстоянии до 31 фута.

Используя энергию, получаемую из окружающего света, с помощью крошечного солнечного элемента размером примерно с рисовое зерно, устройство могло обмениваться данными с базовой станцией, которая находилась на расстоянии 50 футов.

Исследовательская группа из Департамента электротехники UW и Школы информатики и инженерии им. Аллена включает в себя (слева направо): Вамси Талла, У Мейлин, Сэм Кроу, Джошуа Смит, Брайс Келлог и Шьям Голлакота. Марк Стоун / Университет Вашингтона

Многие другие технологии без использования батарей, в которых используются источники энергии окружающей среды, такие как датчики температуры или акселерометр, позволяют экономить энергию при прерывистых операциях. Они берут чтение и затем "спят" в течение минуты или двух, пока они набирают достаточно энергии для выполнения следующего задания. Напротив, телефонный звонок требует, чтобы устройство работало непрерывно в течение всего времени разговора.

«Вы не можете сказать« привет »и подождать минуту, пока телефон заснет и соберет достаточно энергии, чтобы продолжить передачу», - сказал соавтор. Брайс Келлог UW электротехника докторант. «Это была самая большая проблема - количество энергии, которое вы можете получить от окружающего радио или света, составляет порядка 1 или 10 микроватт. Таким образом, в реальном времени было очень трудно добиться работы телефона без разработки совершенно нового подхода к передаче и приему речи ».

Затем исследовательская группа планирует сосредоточиться на улучшении диапазона работы телефона без батареи и шифровании разговоров, чтобы сделать их безопасными. Команда также работает над потоковой передачей видео через мобильный телефон без батареи и добавляет функцию визуального отображения в телефон с помощью экранов E-Ink с низким энергопотреблением.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом и Google Faculty Research Awards.

Для получения дополнительной информации посетите batteryfreephone.cs.washington.edu или свяжитесь с исследовательской группой по адресу [email protected]

Tag (s): Инженерный колледж Кафедра электротехники и вычислительной техники Джошуа Смит Школа компьютерной науки и техники им. Пола Аллена Шьям Голлакота