圖片：馬克·斯通/華盛頓大學(xué)。

布萊恩·桑托（Brian Santo），特約作家

構(gòu)建自供電手機(jī)很容易。然而，沒有人推銷過，因?yàn)樘魬?zhàn)不在于制造一款無電池手機(jī)。它正在制造一款實(shí)用 的無電池手機(jī)。華盛頓大學(xué)的研究人員剛剛接近目標(biāo)，他們開發(fā)了一種原型，該原型可以收集環(huán)境無線電信號和光線以維持手機(jī)的基本通信功能。

U-Dub 研究人員完全使用商用現(xiàn)貨 (COTS) 組件構(gòu)建了他們的手機(jī)，并展示了使用它進(jìn)行 Skype 通話的能力。他們報(bào)告說，他們的手機(jī)可以實(shí)時(shí)感知語音、啟動(dòng)耳機(jī)并在上行鏈路和下行鏈路通信之間切換。

原型仍然有一些缺點(diǎn)，但考慮到障礙，它的開發(fā)是一項(xiàng)成就。研究人員需要?jiǎng)?chuàng)建一種設(shè)計(jì)，只需幾微瓦就可以維持長時(shí)間、不間斷的對話。這導(dǎo)致了一些有趣的設(shè)計(jì)選擇。

太陽能電池可以提供超過幾微瓦的功率，但它們被認(rèn)為太大太笨重，不實(shí)用。研究人員在他們的論文中解釋說，其他無電池電源包括一組傳感器（例如加速度計(jì)和濕度和溫度傳感器），它們的循環(huán)速度都太慢，無法為手機(jī)通話提供持續(xù)的電力。

研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種可能的連續(xù)能量來源：光和射頻功率。他們決定加入光電二極管并從基站射頻信號中收集能量。

射頻能量收集器由一個(gè)整流器組成，可將入射射頻信號轉(zhuǎn)換為低壓直流電源。光電二極管同樣輸出低壓直流電。該論文稱，無論使用哪種方式，信號都會被饋入 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換器，從而將電壓增加到手機(jī)微控制器和傳感器所需的 1.8 至 2.4 V。

供電選擇意味著手機(jī)的功率預(yù)算只有幾微瓦。這對其設(shè)計(jì)產(chǎn)生了影響。

手機(jī)一直依賴于數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。然而，DAC 和 ADC 消耗毫瓦，因此 U-Dub 研究人員決定放棄它們。

相反，電話使用模擬反向散射直接從無源麥克風(fēng)傳輸語音，并使用幅度調(diào)制從基站接收模擬語音。研究人員表示，用戶必須按下手機(jī)原型上的按鈕才能在發(fā)射和收聽模式之間切換，但該功能可以自動(dòng)化。

U-Dub 方案需要對基站進(jìn)行修改，它必須通過在存在和不存在 RF 載波的情況下對信息進(jìn)行編碼來傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)?！斑@款手機(jī)使用基于包絡(luò)檢測器的接收器來解碼數(shù)字比特，同時(shí)消耗幾微瓦的功率，”該論文稱?！盎臼褂?Skype API 來建立和管理與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的連接。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自定義狀態(tài)機(jī)來協(xié)調(diào)蜂窩網(wǎng)絡(luò)和無電池手機(jī)之間的連接。”

研究人員認(rèn)為，如果基于他們的設(shè)計(jì)的無電池手機(jī)商業(yè)化，必要的基站電路將成為未來 Wi-Fi 路由器的廉價(jià)且容易的補(bǔ)充。

研究人員報(bào)告稱，到目前為止，由光電二極管供電的原型手機(jī)距離基站的距離為 50 英尺，盡管該論文詳細(xì)介紹了幾種延長距離的方法。

審核編輯 黃昊宇