《電子技術(shù)應(yīng)用》
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神奇!沒有電池也可以打電話的手機(jī)是怎么實(shí)現(xiàn)的!

2017-06-29
關(guān)鍵詞: 手機(jī) 能量

瓦米斯·塔拉是約書亞·史密斯(Joshua  Smith)實(shí)驗(yàn)室的研究助理,約書亞·史密斯在華盛頓大學(xué)研究計(jì)算機(jī)科學(xué)與電子工程。最近,塔拉展示一臺(tái)原型手機(jī),這臺(tái)手機(jī)很神奇,沒有電池卻可以打電話。手機(jī)只需要很少的電量就能運(yùn)行,電流從空中傳輸。史密斯說:“如果讓你挑選一款設(shè)備,讓它擺脫電池的束縛,你會(huì)選擇什么設(shè)備?手機(jī)是其中最實(shí)用的設(shè)備之一?,F(xiàn)在不妨想像一下,假設(shè)你的電池沒電了,你還可以發(fā)文本信息、打電話,又會(huì)怎樣呢?”

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為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo),我們需要對(duì)手機(jī)的一切功能重新思考。要讓手機(jī)在沒有電池的情況下運(yùn)行,手機(jī)只能從周圍環(huán)境中汲取能量。

通過太陽能面板或者發(fā)光二極管,環(huán)境光可以轉(zhuǎn)化為電能。通過天線,射頻TV和Wi-Fi廣播信號(hào)可以變成電能。如果用兩種技術(shù)搭建一個(gè)混合系統(tǒng),就可以生成幾十微瓦的電流。問題在于傳統(tǒng)手機(jī)需要的電力強(qiáng)幾萬倍,約為800毫瓦,否則無法打電話。

如何通信?這是團(tuán)隊(duì)需要解決的第一個(gè)問題。史密斯實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種名叫“Backscatter”(反向散射)的技術(shù),它可以將進(jìn)入設(shè)備的無線電波反射出去,使設(shè)備具備通信能力,原理和受傷的徒步者利用太陽、鏡子發(fā)送SOS信號(hào)差不多。史密斯成立了一家名叫“Jeeva  Wireless”的創(chuàng)業(yè)公司,將所謂的“被動(dòng)Wi-Fi”(passive  Wi-Fi)技術(shù)商用,其意思就是“面向超低能耗Wi-Fi設(shè)備的數(shù)字反向散射技術(shù)”。然而,被動(dòng)Wi-Fi技術(shù)提供的電力還是無法滿足手機(jī)的要求。

塔拉稱:“將人的語音轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)需要消耗很多的電能。如果可以采用模擬技術(shù)通信,能源效率就會(huì)高很多?!笔謾C(jī)雖然是用數(shù)字信號(hào)撥號(hào)的,但是在語音通話過程中反向處理卻是模擬的。

雖然發(fā)明了模擬反向散射技術(shù),不過史密斯深知他的技術(shù)是根據(jù)一種間諜技術(shù)發(fā)明的,這種技術(shù)在冷戰(zhàn)時(shí)曾經(jīng)使用過。1945年,蘇聯(lián)將一個(gè)美國大紋章雕像送給莫斯科美國大使館。里面放了音頻元件,只有當(dāng)無線電波的頻率匹配時(shí)才會(huì)激活,它用無線電波運(yùn)行。

和間諜設(shè)備一樣,塔拉開發(fā)的手機(jī)有一些關(guān)鍵組件也是放在遠(yuǎn)處的,這樣可以降低能耗。附近的基站有轉(zhuǎn)化電路,連接到數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)——目前通過Skype連接。原型手機(jī)基站使用未授權(quán)的頻段,只能用于低功耗傳輸。因?yàn)槭謾C(jī)要靠信號(hào)收集能量,所以離基站的距離不能超過15米。

如果要將手機(jī)商用,電路可以植入家用Wi-Fi路由器或者放進(jìn)手機(jī)信號(hào)塔。塔拉說:“手機(jī)信號(hào)塔的功率高一百倍,也許可以擴(kuò)大覆蓋范圍,達(dá)到1000米的距離?!?/p>

手機(jī)離商用還很遙遠(yuǎn),上面只有一塊簡單的觸摸感應(yīng)數(shù)字墊,只有當(dāng)按鍵按下時(shí)小小的紅色LED才會(huì)短暫顯示信息。如果安裝更大的觸摸屏,需要400毫瓦的電流,比塔拉目前開發(fā)的手機(jī)高出10萬倍。

還有一點(diǎn)更重要:語音通話不方便。通話時(shí)你必須按下按鈕,就像對(duì)講機(jī)一樣,在聽與講之間轉(zhuǎn)換,像普通手機(jī)一樣持續(xù)通話幾乎不可能。

塔拉表示,下一代設(shè)備的通話質(zhì)量會(huì)更好,會(huì)用電子墨水屏幕顯示文本信息,可能還會(huì)安裝攝像頭。史密斯則表示,原型手機(jī)是用現(xiàn)成組件開發(fā)的,比普通手機(jī)便宜很多。如果大規(guī)模制造,成本會(huì)更低。

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