I 1945 ble det hengt opp en håndskåret trekopi av USAs store segl i boligstudien til den amerikanske ambassadøren i Sovjetunionen. Detaljeringene var bemerkelsesverdige - hver fjær på ørnens vinger delikat definert, og nebbet bøyd akkurat slik. Men dette var ikke det som gjorde stykket forbløffende.
Relatert innhold
- Hvorfor amatørradiooperatører ser på orkanen Harvey
- Lading foran: Batteriets fremtid
- Happy 10-årsdag, iPhone! Så hva er det neste?
Det var også en feil.
Selet ble presentert for ambassadøren som en fredelig gest av en delegasjon fra Young Pioneer Organization of the Soviet Union. Men gjemt i det kunstneriske verket, like under fuglenes nebb, var et lytteapparat. Det hadde ikke noe batteri eller aktiv elektronikk, noe som gjorde det tilnærmet uoppdagelig. Det ble faktisk ikke funnet på syv år.
Nå utnytter et team av forskere ved University of Washington i Seattle nok en gang lignende teknologi for en like forbløffende, men mindre skjult drift: batterifrie mobiltelefoner.
Selv om det er lite sannsynlig at designen noen gang vil erstatte våre strømhungrige smarttelefoner, har teknologien løftet om å hjelpe i en klype. "La oss si at du er strandet et sted og at telefonen går tom for batteri, " sier Vamsi Talla, som jobbet med prosjektet mens han var forskningsassistent ved University of Washington. "Du kan fremdeles ringe 911, noe som kan være en livredder."
Med en vanlig mobiltelefon er det to ting som bruker mye strøm, sier Talla. Først må telefonen konvertere stemmen din (et analogt signal) til et digitalt signal. For det andre overfører det signalet i form av radiofrekvenser til et tårn.
Så laget strippet disse komponentene fra den omdesignede telefonen. I stedet brukte de de grunnleggende oppdragsgiverne i den sovjetiske teknologien for å omarbeide hvordan enheten fungerer.
Når det gjelder Great Seal Bug, førte stemmer i rommet til at en liten membran skjult i strukturen vibrerte og endret resonansen i det indre hulrommet. For å høre på, ville ivrige sovjetiske agenter på gaten bare trenge å fokusere riktig frekvens av radiobølger i retning av seglingen, som aktiverte en antenne inne i feilen. Da kunne de samle refleksjonene som ble hoppet tilbake - også kjent som bakspredning.
Når det gjelder den batteriløse telefonen, sendes det stadig radiosignal fra en ekstern basestasjon. Når en person snakker inn i enheten, reflekteres disse frekvensene tilbake til basestasjonen. Det er da basestasjonens oppgave å koble seg til mobilnettet og overføre samtalen.
"Du kan ikke bryte fysikkens lover, " sier Talla. "Hvis noe må gjøre mye arbeid, trenger det mye krefter." I stedet for at telefonen gjør det meste av jobben, blir basestasjonen et kommunikasjonskraftverk. Selve telefonen bruker bare noen få mikrobatt kraft, og høster energien fra enten radiobølger eller lys. For solenergi bruker enheten en liten (1 cm firkantet) fotodiode.
Foreløpig er systemet ganske rudimentært - bygget helt med hyllekomponenter. Brukeren har hodetelefoner for å lytte til samtalen. Den har ingen skjerm, og ser litt ut som et datatavle med en berøringsfølsom tallplate. Det er også mer som en walkie-talkie enn en telefon, sier Talla. "Du kan enten snakke eller motta på et enkelt tidspunkt." For å snakke, trykker brukeren på en knapp og snakker inn i modulen.
For disse tidlige prototypene, som forskerne har søkt patent på, er lydkvaliteten ikke stor, og brukeren må være 50 meter fra basestasjonen for at telefonen skal fungere. Selv om forskerne håper å forbedre rekkevidden, er telefonen sannsynligvis ikke noe som folk på avsidesliggende steder lett vil kunne henvende seg til hvis problemer rammer.
"Det de gjør er veldig interessant, og de forfølger et mål som alle vil elske og drepe for, " sier David Blaauw, en elektrotekniker hvis forskning ved University of Michigan vektlegger design med lav effekt. "Det er en veldig fin implementering, og det er et veldig komplett system som de demonstrerer, men det er noen problemer som ser ut til å være noe grunnleggende for designet."
For det første, sier Blaauw, som ikke var involvert i forskningen, telefonens rekkevidde kommer til å bli vanskelig å skalere opp fordi signalstyrken forringes sterkt med avstanden. Og ved bruk av tilbakespredning, må signalet reise ganske langt. "Signalet må gå fra basestasjonen til mobiltelefonen og deretter reflekteres passivt og deretter reise tilbake til basestasjonen, " sier han. "Derfor får de titalls meter, ikke hundrevis av meter eller kilometer, og det er det moderne mobiltelefoner får." Telekommunikasjonseksperter sier faktisk at en moderne mobiltelefon kan koble seg til et tårn mer enn 20 mil unna.
Det andre problemet, sier Blaauw, kan være forstyrrelser. Siden basestasjonen jobber for å plukke ut den lille forandringen i passivt reflekterte radiobølger, kan flere telefoner som arbeider samtidig, gjøre det utfordrende å plukke ut riktig signal i all støyen. Men Talla sier at de jobber for å løse dette problemet i fremtidige prototyper, ved å bruke basestasjonen for ytterligere prosessering og filtrering.
Teamet fortsetter arbeidet med den batteriløse telefonen i samarbeid med Jeeva Wireless, et spin-off selskap fra laboratoriets forskning som fokuserer på kommersialisering av Wi-Fi med lav lav effekt. Talla, for tiden CTO for Jeeva, sier at de planlegger å innlemme et kamera for bilder og tekstfunksjoner ved hjelp av en E-blekkskjerm - den samme teknologien som for øyeblikket er sett i Kindle og andre E-lesere. En annen mulig fremtid for dingsen ville være å innlemme den i en vanlig smarttelefon, sier Talla. På den måten, hvis batteriet dør, kan brukeren fortsatt ringe nødanrop. Uansett håper de å forbedre kvaliteten på samtaler ved å utvikle en mikrofon som er spesielt designet for backscatter.
Ifølge Talla har enheten en lys fremtid med neste generasjons teknologier. "Et alternativ med 5G vil gjøre teknologien mer praktisk, " sier han. Med 5G planlegger selskaper å flytte mobilbaserte stasjoner mye nærmere hverandre for å gi rom for høyere datahastigheter. For den batteriløse mobiltelefonen ville overgangen til nærmere mobiltelefonetårn øke dekningen, spesielt i bymiljøer.
Selv om ideen er en spennende idé, vil det ta lang tid før batterifrie mobiltelefoner får den til å markedsføre. For nå, i det minste, må du fremdeles ha den ekstra ladekabelen tilgjengelig.
