Команда также совершала звонки в Skype, используя свой телефон без батареи, демонстрируя, что прототип, сделанный из коммерческих готовых компонентов, может принимать и передавать речь и связываться с базовой станцией.Новая технология подробно описана в статье, опубликованной 1 июля в Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.
«Мы создали то, что, по нашему мнению, является первым работающим мобильным телефоном, который потребляет почти нулевое энергопотребление», — сказал соавтор Шьям Голлакота, доцент Школы компьютерных наук Пола Г. Аллена. Инжиниринг в UW. «Чтобы добиться действительно, действительно низкого энергопотребления, необходимого для работы телефона, за счет сбора энергии из окружающей среды, нам пришлось коренным образом переосмыслить конструкцию этих устройств».Команда ученых-информатиков и инженеров-электриков UW устранила энергоемкий шаг в большинстве современных сотовых передач — преобразование аналоговых сигналов, передающих звук, в цифровые данные, понятные телефону.
Этот процесс потребляет столько энергии, что было невозможно разработать телефон, который мог бы полагаться на внешние источники энергии.Вместо этого мобильный телефон без батареи использует крошечные вибрации микрофона или динамика 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 базовой станцией сотовой связи.
Этот процесс, по сути, кодирует речевые шаблоны в отраженных радиосигналах практически без использования энергии.Для передачи речи телефон использует вибрации микрофона устройства для кодирования речевых шаблонов в отраженных сигналах. Для приема речи он преобразует закодированные радиосигналы в звуковые колебания, которые улавливаются динамиком телефона. В прототипе устройства пользователь нажимает кнопку для переключения между этими двумя режимами «передачи» и «прослушивания».
Используя готовые компоненты на печатной плате, команда продемонстрировала, что прототип может выполнять основные функции телефона — передавать речь и данные, а также принимать вводимые пользователем данные с помощью кнопок. Используя Skype, исследователи смогли принимать входящие звонки, набирать номера и удерживать звонящих с помощью телефона без батареи.
«Мобильный телефон — это устройство, от которого мы зависим сегодня больше всего. Так что, если бы было одно устройство, которое вы хотели бы использовать без батарей, это был бы мобильный телефон», — сказал руководитель факультета Джошуа Смит, профессор как в Allen School, так и в UW.
Кафедра электротехники. «Доказательство концепции, которую мы разработали сегодня, впечатляет, и мы думаем, что она может повлиять на повседневные устройства в будущем».Команда разработала специальную базовую станцию для передачи и приема радиосигналов. Но эта технология, вероятно, может быть интегрирована в стандартную инфраструктуру сотовой сети или в маршрутизаторы Wi-Fi, которые сейчас широко используются для звонков.«Вы можете представить себе, что в будущем все вышки сотовой связи или маршрутизаторы Wi-Fi могут поставляться со встроенной в них технологией нашей базовой станции», — сказал соавтор Вамси Талла, бывший докторант по электротехнике из Университета Вашингтона и научный сотрудник школы Аллена. «И если в каждом доме есть маршрутизатор Wi-Fi, вы можете получить доступ к сотовой связи без батареи повсюду».
Телефон без аккумулятора по-прежнему требует небольшого количества энергии для выполнения некоторых операций. Бюджет мощности прототипа составляет 3,5 микроватта.
Исследователи из UW продемонстрировали, как получить это небольшое количество энергии из двух разных источников. Прототип телефона без батареи может работать от энергии, полученной от окружающих радиосигналов, передаваемых базовой станцией на расстоянии до 31 фута.Используя энергию, полученную от окружающего света с помощью крошечного солнечного элемента — размером примерно с рисовое зерно, — устройство могло связываться с базовой станцией, находящейся на расстоянии 50 футов.
Многие другие безбатарейные технологии, использующие источники энергии из окружающей среды, такие как датчики температуры или акселерометр, позволяют экономить электроэнергию при прерывистой работе. Они читают, а затем «спят» минуту или две, пока у них накопится достаточно энергии для выполнения следующей задачи. Напротив, телефонный звонок требует, чтобы устройство работало непрерывно, пока продолжается разговор.
«Вы не можете поздороваться и подождать минуту, пока телефон перейдет в режим сна и наберет достаточно энергии для продолжения передачи», — сказал соавтор Брайс Келлог, докторант в области электротехники UW. «Это была самая большая проблема — количество энергии, которое вы действительно можете получить от окружающего радио или света, составляет порядка 1 или 10 микроватт. передача и прием речи ".Затем исследовательская группа планирует сосредоточиться на улучшении рабочего диапазона телефона без аккумулятора и шифровании разговоров, чтобы сделать их безопасными.
Команда также работает над потоковой передачей видео по мобильному телефону без батареи и добавлением функции визуального отображения на телефон с помощью экранов E-ink с низким энергопотреблением.