In 1945 werd een handgesneden houten exemplaar van het Grote Zegel van de Verenigde Staten opgehangen in de woonstudie van de Amerikaanse ambassadeur in de Sovjetunie. De detaillering was opmerkelijk - elke veer op de vleugels van de adelaar subtiel gedefinieerd, zijn bek net zo gebogen. Maar dit was niet wat het stuk verbazingwekkend maakte.
gerelateerde inhoud
- Waarom amateur-radio-operators orkaan Harvey bekijken
- Vooruit opladen: de toekomst van batterijen
- Gelukkige 10e verjaardag, iPhone! Dus wat nu?
Het was ook een bug.
Het zegel werd door de delegatie van de Young Pioneer Organisation of the Soviet Union aan de ambassadeur gepresenteerd als een vreedzaam gebaar. Maar verscholen in het kunstzinnige werk, net onder de bek van de vogel, was een luisterend apparaat. Het had geen batterij of actieve elektronica, waardoor het vrijwel niet detecteerbaar was. Het werd inderdaad zeven jaar lang niet gevonden.
Nu maakt een team van onderzoekers van de Universiteit van Washington in Seattle opnieuw gebruik van vergelijkbare technologie voor een even verbazingwekkende, maar minder verborgen, operatie: batterijloze mobiele telefoons.
Hoewel het onwaarschijnlijk is dat het ontwerp ooit onze op energie beluste smartphones zal vervangen, heeft de technologie de belofte om te helpen in een snuifje. "Laten we zeggen dat je ergens gestrand bent en de batterij van je telefoon opraakt", zegt Vamsi Talla, die aan het project werkte terwijl hij een onderzoeksassistent was aan de Universiteit van Washington. "Je kunt nog steeds een 911-oproep plaatsen, wat een redder in nood kan zijn."
Met een gewone mobiele telefoon zijn er twee dingen die veel stroom verbruiken, zegt Talla. Eerst moet uw telefoon uw stem (een analoog signaal) omzetten in een digitaal signaal. Ten tweede zendt het dat signaal in de vorm van radiofrequenties naar een toren.
Dus verwijderde het team deze componenten van hun opnieuw ontworpen telefoon. In plaats daarvan gebruikten ze de basisprincipes van de Sovjettijdtechnologie om te herwerken hoe het apparaat werkt.
In het geval van de Great Seal Bug veroorzaakten stemmen in de kamer een klein diafragma verborgen in de structuur om te trillen en de resonantie van de interne holte te veranderen. Om te luisteren, zouden enthousiaste Sovjetagenten op straat gewoon de juiste frequentie van radiogolven moeten richten in de richting van de zeehond, die een antenne in de bug activeerde. Daarna konden ze de reflecties verzamelen die terugstuiterden - ook bekend als backscatter.
In het geval van de batterijloze telefoon, wordt een radiosignaal constant uitgezonden door een extern basisstation. Wanneer een persoon in het apparaat spreekt, worden deze frequenties teruggekaatst naar het basisstation. Het is dan de taak van het basisstation om verbinding te maken met het mobiele netwerk en de oproep te verzenden.
"Je kunt de natuurwetten niet overtreden", zegt Talla. "Als iets veel werk moet doen, dan heeft het veel stroom nodig." Dus in plaats van dat de telefoon het meeste werk doet, wordt het basisstation een communicatie-krachtpatser. De telefoon zelf verbruikt slechts een paar microwatt vermogen en haalt zijn energie uit radiogolven of licht uit de omgeving. Voor zonne-energie gebruikt het apparaat een kleine (1 cm vierkante) fotodiode.
Voorlopig is het systeem redelijk rudimentair - volledig gebouwd met kant-en-klare componenten. De gebruiker draagt een koptelefoon om naar het gesprek te luisteren. Het heeft geen scherm en lijkt een beetje op een computerbord met een aanraakgevoelig numeriek toetsenblok. Het is ook meer een walkietalkie dan een telefoon, zegt Talla. “Je kunt op een bepaald moment praten of ontvangen.” Om te praten drukt de gebruiker op een knop en spreekt in de gadget.
Voor deze vroege prototypes, waarvoor de onderzoekers een patent hebben aangevraagd, is de geluidskwaliteit niet geweldig en moet de gebruiker zich binnen 50 voet van het basisstation bevinden om de telefoon te laten werken. Hoewel de onderzoekers hopen het bereik te verbeteren, is de telefoon waarschijnlijk niet iets dat mensen op afgelegen locaties gemakkelijk kunnen bereiken als zich problemen voordoen.
"Over het algemeen is wat ze doen erg interessant en streven ze een doel na waar iedereen dol op zou zijn", zegt David Blaauw, een elektrotechnisch ingenieur wiens onderzoek aan de Universiteit van Michigan de nadruk legt op low-power design. "Het is een zeer mooie implementatie en het is een zeer compleet systeem dat ze demonstreren, maar er zijn enkele problemen die enigszins fundamenteel lijken te zijn voor het ontwerp."
Ten eerste, zegt Blaauw, die niet betrokken was bij het onderzoek, zal het bereik van de telefoon moeilijk opschalen omdat de signaalsterkte sterk afneemt met de afstand. En met backscattering moet het signaal behoorlijk ver reizen. "Het signaal moet van het basisstation naar de mobiele telefoon gaan en vervolgens passief worden gereflecteerd en vervolgens teruggaan naar het basisstation", zegt hij. "Daarom krijgen ze tientallen meters, niet honderden meters of kilometers, wat moderne mobiele telefoons ook krijgen." In feite zeggen telecommunicatie-experts dat een moderne mobiele telefoon verbinding kan maken met een toren op meer dan 20 mijl afstand.
Het andere probleem, zegt Blaauw, kan interferentie zijn. Omdat het basisstation bezig is om de kleine verandering in passief gereflecteerde radiogolven op te sporen, kunnen meerdere telefoons die tegelijkertijd werken het een uitdaging maken om het juiste signaal in alle ruis te selecteren. Maar Talla zegt dat ze dit probleem in toekomstige prototypes proberen op te lossen, waarbij ze het basisstation gebruiken voor extra verwerking en filtering.
Het team blijft werken aan de batterijloze telefoon in samenwerking met Jeeva Wireless, een spin-off bedrijf uit het onderzoek van het lab gericht op het commercialiseren van ultra-low power wifi. Talla, momenteel de CTO van Jeeva, zegt dat ze van plan zijn een camera op te nemen voor foto's en sms-mogelijkheden met behulp van een E-ink-scherm - dezelfde technologie die momenteel wordt gezien in Kindle en andere e-readers. Een andere mogelijke toekomst voor de gadget zou zijn om het in een gewone smartphone op te nemen, zegt Talla. Op die manier kan de gebruiker, als de batterij leegraakt, nog steeds noodoproepen doen. Hoe dan ook, ze hopen de kwaliteit van gesprekken te verbeteren door een microfoon te ontwikkelen die speciaal is ontworpen voor backscatter.
Volgens Talla heeft het apparaat een mooie toekomst met technologieën van de volgende generatie. "Een optie van 5G zou onze technologie praktischer maken", zegt hij. Met 5G zijn bedrijven van plan om cellulaire basisstations veel dichter bij elkaar te plaatsen om hogere datasnelheden mogelijk te maken. Voor de batterijloze mobiele telefoon zou de verschuiving naar nauwere mobiele torens de dekking vergroten, met name in stedelijke omgevingen.
Hoewel het idee intrigerend is, zal het nog lang duren voordat batterijloze mobiele telefoons op de markt komen. Voorlopig moet je die extra laadkabel in ieder geval bij de hand houden.
