اقتصاد دانش بنیان

اختراع هیجان انگیز محققان دانشگاه واشنگتن

موبايلهايي که باتري نمي خواهند

پژوهشگران دانشگاه واشنگتن تلفن همراهي اختراع کرده اند که به باتري احتياج ندارد؛ اختراعي که قدمي بزرگ به سمت دنيايي بينياز از شارژرها، کابلها و خاموش شدن موبايل به علت اتمام شارژ باتريهاست. اين گوشي تنها چند ميکرووات انرژي مورد نياز خود را از سيگنالهاي راديويي پراکنده در محيط دريافت ميکند يا به کمک نور تامين انرژي ميشود. تيم تحقيقاتي با اين گوشي بدون باتري تماسهاي اسکايپي برقرار کردند و نشان دادند اين نمونه آزمايش که از اجزاي بازيافتي تهيه شده بود، ميتواند مکالمه را منتقل سازد و با ايستگاه اصلي ارتباط برقرار کند. نتايج فناوري جديد در قالب يک مقاله براي دسترسي همگان منتشر شده است. دکتر شايام گلاکوتا، دانشيار دانشکده علوم کامپيوتر و مهندسي پاول آلن، از محققان اين پروژه است. او توضيح ميدهد: «ما آنچه را که اعتقاد داريم اولين گوشي تلفن همراه با مصرف انرژي صفر است، اختراع کرديم. براي رسيدن به مصرف بسيار بسيار پايين گوشي و جذب اين مقدار اندک انرژي از محيط، بدون نياز به باتري بايد الگوي طراحي گوشي همراه را دوباره از اول طراحي و ابداع ميکرديم.»

حذف مصرف انرژي

تيم مطالعاتي دانشمندان علوم کامپيوتر دانشگاه واشنگتن و مهندسان الکترونيک مرحله مصرفکننده انرژي را در طراحي گوشي حذف کردند. اين مرحله در تمام تلفنهاي همراه امروزي وجود دارد و طي آن رد و بدل دادهها شامل تبديل سيگنالهاي آنالوگ به اطلاعات ديجيتالي - که تلفن آن را درک ميکند - انجام ميشود. اين مرحله آنقدر انرژي مصرف ميکند که طراحي يک گوشي با قابليت کار کردن بر پايه استحصال انرژي محيط ناممکن به نظر ميرسد. تلفن همراه بدون نياز به باتري از ارتعاشات کوچک در ميکروفن يا اسپيکر در زمان مکالمه يک فرد يا گوش دادن به صحبت کاربر ديگر در آن سوي خط بهره ميبرد. يک آنتن که به اين اجزا متصل شده ارتعاشات را به تغييرات در سيگنالهاي راديويي استاندارد بدل ميسازد. ايستگاه اصلي تلفن همراه اين سيگنالها را منتشر ميکند. براي انتقال، مکالمه تلفن از ارتعاشات ميکروفن براي تبديل الگوهاي مکالمه در سيگنالهاي منعکس شده استفاده ميکند. براي دريافت، اين وسيله سيگنالهاي راديويي را به ارتعاشات صدا تبديل ميکند که در بلندگوهاي گوشي قابل پخش است.

کارکرد موفق نمونه آزمايشي

در نمونه آزمايشي کاربر يک دگمه را فشار ميدهد تا بين دو حالت دريافت و انتقال يکي را انتخاب کند. به کمک اجزاي آماده روي يک مدار الکتريکي چاپ شده تيم نشان داد که نمونه آزمايشي ميتواند فعاليتهاي پايه اي يک تلفن را - شامل دريافت و ارسال مکالمات با زدن دگمه ها - انجام دهد.

به کمک اسکايپ محققان توانستند به تماسها پاسخ دهند، شمارهاي را بگيرند يا آن را روي حالت هلد نگه دارند. تيم مطالعاتي يک ايستگاه اصلي را براي دريافت و ارسال سيگنالهاي راديويي طراحي کردند، اما اين فناوري را ميتوان با ساختارهاي پايهاي شبکه تلفنهاي همراه و روتورهاي وايفاي که به صورت متداول استفاده ميشوند جفت و جور کرد. وامسي تالا، از ديگر محققان اين مطالعه، ميگويد: «تصور کنيد در آينده تمام برجهاي تلفن همراه يا روتورهاي وايفاي مجهز به فناوري ابداعي ما باشند. در اين صورت اگر در هر خانهاي روتور وايفاي موجود باشد، آنگاه پوشش چنين تلفني سراسري خواهد بود. تلفن همراه بدون باتري به هر حال به مقداري انرژي براي کار کردن نيازمند است. نمونه آزمايشي در اين پژوهش به 5/3 ميکرووات احتياج داشت.»پژوهشگران دانشگاه واشنگتن نشان دادند که چگونه ميتوان اين حجم کوچک انرژي را از دو منبع مختلف استحصال کرد. تلفن همراه ابداعي ميتواند به کمک نيروي جمعآوري شده از سيگنالهاي راديويي محيط که در فاصله 10 متري از يک ايستگاه مخابره ميشوند، کارکرد داشته باشد. با استفاده از نور خورشيد و به کمک يک سلول خورشيدي کوچک - به اندازه يک دانه برنج - اين نوآوري قادر بود با ايستگاهي تقريبا 20 متري ارتباط برقرار کند.

استفاده از انرژي محيط

بسياري از فناوريهاي بينياز از باتري به منابع انرژي محيط وابسته هستند - مانند سنسورهاي دمايي يا سرعت سنجها - و انرژي را به وسيله عملياتهاي متوالي ذخيره سازي ميکنند. به بيان ديگر آنها به صورت متناوب وظايف را اجرا ميکنند، مثلا چيزي را اندازه گيري ميکنند و سپس خاموش ميشوند تا دوباره براي اجراي وظيفه بعدي انرژي کافي را جمع آوري کنند.

برعکس اين حالت در تلفنهاي همراه رخ ميدهد که در آنها نياز است تلفن به صورت مداوم در لحظاتي که مکالمه ادامه دارد، فعال باشد. نميتوان در آغاز مکالمه چيزي را گفت و سپس براي چند دقيقه سکوت کرد تا تلفن دوباره روشن شود. اين بزرگترين چالش در راه ساخت چنين فناوري به حساب ميآيد. حداکثر نيرويي که ميتوان به کمک نور يا سيگنالهاي راديويي جمعآوري کرد در حدود يک تا 10ميکرووات است. بنابراين به نظر ميرسد بايد نوع طراحي تلفن همراه و الگوي انتقال مکالمات از اساس تغيير يابد.

منبع: مجله دانش بنیان