作者:李挺 来源:中国科学报 发布时间:2017/8/4 10:18:19
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手机要“甩开”电池了

 

最近,美国华盛顿大学的研究人员发明了一款无需电池的手机,这款手机所需的能量来源于周围环境的无线电信号或光线中。这一重大发明,或许有望使充电器、电源线和手机没电无法刷朋友圈带来的焦虑成为历史。

这支由华盛顿大学计算机科学家和电气工程师组成的团队以现有的商用元件制成了一部样机,并进行了演示。除了能够执行传输语音和数据、通过按钮接收用户输入内容等基本的手机功能,这款样机还可以感测语音,激活耳机,使用Skype网络电话进行通话,以及在上行链路和下行链路通信之间进行实时切换。

在此之前,大多数蜂窝传输中都存在一个耗电巨大的步骤,即将模拟信号转换成手机可以理解的数字数据。正是因为这个过程需要消耗太多的能量,因此设计一个可以依靠环境能量供电的手机被认为是不可能的。

另一方面,人们通过手机说话或接听电话时,麦克风或扬声器会产生微小的振动。无电池手机正是利用了这种振动——研究团队将一个独特的天线与印刷电路板上的元件相连接,从而能够以几乎不耗能的方式,将振动转换成变化后的由蜂窝基站发射的标准模拟无线电信号。

如需传输语音,手机可以使用来自麦克风的振动对反射信号中的语音模式进行编码。如需接收语音,则将编码的无线电信号转换成声音振动,再由手机的扬声器拾取。

不过,这款无电池手机仍然需要少量的能量来执行一些操作。以样机为例,其能量消耗为3.5微瓦。研究人员展示了如何从两个不同的来源获取这种必需的能量。

首先,无电池手机样机可以从距离31英尺(约9.45米)处的基站所传输的环境无线电信号中汲取能量进行操作。其次,利用一个微小的太阳能电池(尺寸大致和一粒米相当),样机能够从环境光线中收集电力,从而与50英尺(约15米)外的基站进行通信。

事实上,许多其他无电池技术也需要依靠环境能源,例如温度传感器或加速度计。但是,它们可以通过间歇性操作来存储电力,在读取之后“休眠”一两分钟,以便获取足够的能量来执行下一个任务。相比之下,手机的要求就更为复杂了,因为只要通话持续,设备就必须确保连续运转。

对此,另一位合著者,华盛顿大学电气工程博士生布莱斯·凯洛格表示:“你不能只是打个招呼,然后闭嘴等手机去获取足够的电力来继续通话。这是我们面临的最大挑战。从环境无线电或光线中实际收集的能量大约为1或10微瓦,所以如果不开发一种全新的方法来发送和接收语音,实时通话真的很难实现,这就是为什么我们从振动方面着手进行研究。”

这项新技术的详细介绍刊登在7月1日的《计算机协会交互式、移动、可穿戴和普适技术论文集》中。接下来,研究团队计划着重于改善无电池手机的操作范围和加密对话功能,以使其更加安全。此外,该团队还将致力于无电池手机的流媒体式传输视频功能,以及使用低能耗电子墨水屏幕为无电池手机添加视觉显示功能。 (李挺编译)

《中国科学报》 (2017-08-04 第3版 科普)
 
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