大家有没有想过,家用电话可以只接弱电的信号线(电话线),不用另接电源就可以拨打,手机能不能也这样呢?美国华盛顿大学的研究人员发明了一种不需要电池的手机原型,这样的手机电力直接来自环境中低功率的无线通讯电波与太阳能。 the-worlds-first-battery-free-phone-harvests-energy-from-radio-waves 从光能和无线信号中获取能量

手机在这 10 年的发展着重于智能手机的功能面,然而续航力、待机方面,相对于功能型手机动辄待机半个月的能耐,却是大大的倒退,这些需求得不到满足。

身为华盛顿大学(University of Washington )电机工程博士生和 Allen School 前研究员的曼西.塔拉(Vamsi Talla )说:“我们选择打造无电池手机的原因,是因为手机几乎是人人使用的最重要的设备之一,然而大多数人都曾遇过手机电池在紧要关头耗完电的状况,比如当我们正在打重要电话的时候。” the-worlds-first-battery-free-phone-harvests-energy-from-radio-waves2 此外该设备用电效率出奇的高,仅需3.5毫瓦的电量即可运行,还包含一个光电二极管做为小型太阳能发电板,配备的太阳能电池与一粒米的大小差不多。研究者们表示,这一原型机能用两种方式从周围环境中获得电力。第一种是使用手机上一个米粒大小的太阳能芯片进行发电。通过太阳能电力,研究者们能够用手机与50英尺(15.2米)外的基站进行通讯。

第二种方法是在手机31英尺(约9.4米)外树立一个向外发送无线电信号的基站。在使用过程中,手机能将这些无线电信号转换为工作电能。令人惊讶的是,研发团队还成功建立了传输该手机的微小能量信号的定制基站。

3.5毫瓦支撑手机通信的秘密

不过,3.5毫瓦的手机能用来打电话吗?对于普通手机来说,拨号使用的电力可能都超过了这个数值。为了解决这个问题,研究者们的确对这一手机进行了“根本上的重新设计”。

在通话过程中,这个手机并没有运用将语音转换成模拟信号的方式。这种方法虽然被现代手机广泛使用,但是耗电量比较大,完全不能在3.5毫瓦的手机上运行。

因此研究员把手机设计成利用“相干散射”(Backscatter)技术,利用通话时麦克风产生的微小振动记录下用户的语音,省却转换信号的麻烦。由于这些麦克风组件连接着天线,它能将这种振动转化为标准无线电信号的变化,从而和蜂窝基站进行交流。相应的,在手机接收到无线信号的时候,它也能够将无线信号解析为被扬声器播放的语音。 the-worlds-first-battery-free-phone-harvests-energy-from-radio-waves3 这个原型机能通过麦克风产生的微小振动记录用户语音。(source:华盛顿大学)

这一传输语音的过程基本不耗费电力,但是也带来了一点问题。在使用过程中,这个手机并不支持在电话中边听边说,用户必须通过一个按键转换“发送”模式与“接收”模式。

所以脑补一下,这个手机的使用方法大概是更像一个对讲机,而不是手机? the-worlds-first-battery-free-phone-harvests-energy-from-radio-waves1 研究者们用这一手机原型机打Skype。(source:华盛顿大学)

目前研发仍有瓶颈,希望能与大厂合作

塔拉说,这个研究计划有两个方向,一个是将技术授权给现有的智能手机制造商,让他们可将其整合入设备,当你的苹果 iPhone 或者三星 Galaxy 手机没电时,还是可以进行紧急呼叫。Talla 说:“这可能会是一个真正的救命工具。”另一个方向则是以现有的原型为基础,把目前这样裸机版的手机打造到一般人可以使用,这样当你没有其他能给手机充电的设备或方法时,仍然可以拨出电话。塔拉说:“这样的电话永远不需要充电,永远可以打电话和发短信。” the-worlds-first-battery-free-phone-harvests-energy-from-radio-waves5 目前,这个原型手机仍然非常阳春而基本──不过就是一块电路板以及其他一些现成的组件,Talla 表示,未来版本可能会更加先进。“这是第一代机型,我们将会添加更多的功能,目标是一个功能完整的智能手机。”他还表示,未来的改进上,可能会加上 Kindle 电子书阅读器所使用的低功耗电子墨水屏与低功耗摄像头。同时增加加密功能,确保通话更安全。

研究者们也坦诚,目前该手机的电力供应还是不够稳定,通话音质也欠佳。研究组成员,博士生Bryce Kellogg接受采访时坦承:

“你不能说一声‘你好’,然后手机的电就用完了,然后你等待手机的电量充到足够进行下次传输的时候再将它拿起来用。这(电量问题)是我们目前最大的障碍——我们能从无线电和光源中获得的能量仅仅有1-10毫瓦左右。” the-worlds-first-battery-free-phone-harvests-energy-from-radio-waves4 Joshua Smith(正中)带领的团队成功研发首部免电池手机,虽然手机正处于初步研发阶段,但未来可能改变今日手机技术。(source:华盛顿大学)

不过,虽然这个手机离发短信甚至打“王者农药”都很远,研究者们还是对它有很多的信心。华盛顿大学的博士毕业生Vamsi Talla这么认为:

“你可以想象,在不久的将来,所有的移动通讯基站和无线路由器都会置入我们的基站技术,如果每个房子都有无线路由器,你就可以在任何地方使用无电池手机。”

有关这技术的论文已刊登在最新一期的《无处不在的互动、行动、穿戴式科技计算机协会论文集》期刊上( Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies ,缩写 IMWUT)。

本文综合自36kr、Technews、中国日报报道

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