Điện thoại đi động không pin đầu tiên thực hiện cuộc gọi bằng năng lượng thu thập từ môi trường xung quanh qua sóng điện từ và ánh sáng

Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Washington đã phát minh ra chiếc điện thoại di động không dùng pin – một bước tiến nhảy vọt trong công nghệ để thoát khỏi các thiết bị sạc, dây cáp và những chiếc điện thoại chết cạn năng lượng. Thay vào đó, điện thoại sẽ thu thập năng lượng hàng microwatt từ môi trường xung quanh như sóng điện từ và ánh sáng để tự cung cấp năng lượng hoạt động.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện cuộc gọi bằng Skype trên điện thoại không pin, chạy demo trên mẫu điện thoại được tạo ra từ các linh kiện có sẵn, nhận – truyền giọng nói và giao tiếp với các trạm phát sóng BTS.

Các kỹ sư của UW(University of Washington) đã thiết kế chiếc điện thoại không pin đầu tiên có thể gửi và nhận các cuộc gọi chỉ bằng một vài microwatts điện. Mark Stone/University of Washington​

Công nghệ mới này được trình bày chi tiết trong một bài báo đăng trên tạp chí Kỷ yếu của Hiệp hội máy tính về các công nghệ tương tác, di động, thiết bị đeo và các công nghệ phổ biến khác. Link bài báo: Download .

Đồng tác giả Shyam Gollakota, một trợ lý giảng dạy tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Máy tính Paul G. Allen tại UW, cho biết: “Chúng tôi đã xây dựng những gì chúng tôi tin là chiếc điện thoại di động đầu tiên tiêu thụ năng lượng gần như bằng 0”. “Để đạt được mục tiêu, điện thoại tiêu thu năng lượng thấp và hoạt động dựa trên năng lượng thu thập được từ môi trường xung quanh, chúng tôi đã phải suy nghĩ cách thiết kế lại thiết bị này.”

Đội ngũ các nhà khoa học máy tính và kỹ sư điện tử của UW đã thực hiện bước đi loại bỏ phần truyền nhận – chuyển đổi tính hiệu analog tiêu tốn năng lượng nhất của công nghệ di động hiện đại, bộ phận có chức năng chuyển đổi các tín hiệu âm thanh thành dữ liệu số để điện thoại có thể hiểu được. Quá trình này tiêu thụ rất nhiều năng lượng, điều này dẫn đến không thể thiết kế một chiếc điện thoại sử dụng năng lượng thu thập từ môi trường xung quanh.

Thay vào đó, điện thoại di động không pin tạo ra những rung động nhỏ trong micro và loa của điện thoại để người dùng truyền và nhận cuộc gọi.

Một ăng-ten kết nối với các thành phần điện tử trên bo mạch chuyển đổi các tín hiệu sóng analog phát ra từ các trạm di động BTS. Quá trình xử lý này mã hóa các mẫu giọng nói nhận được từ các tính hiệu sóng analog theo cách gần như không tốn năng lượng.

Để truyền âm thanh, điện thoại sử dụng các rung động từ thiết bị microphone để mã hóa các mẫu giọng nói thành các tín hiệu phản xạ. Để nhận âm thanh, điện thoại đã mã hóa các tính hiệu sóng thành các rung động và phát ra loa khi người dùng nhận cuộc gọi. Trên mẫu điện thoại thử nghiệm người dùng phải nhấn một nút để chuyển đổi chế độ giữa nghe và nói.

Điện thoại không pin được phát triển bởi UW có thể cảm nhận dược giọng nói, kích hoạt tại nghe và truyền nhận giao tiếp âm thanh hai chiều theo thời gian thực. Điện thoại được cấp nguồn bởi các tín hiệu sóng radio và ánh sáng từ môi trường xung quanh. Mark Stone/University of Washington

Sử dụng các thành phần linh kiện điện tử sẵn có để tạo ra bo mạch, nhóm nghiên cứu đã chạy demo chức năng cơ bản của điện thoại như truyền nhận âm thanh, nhận tín hiệu từ nút nhấn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phần mềm Skype để thực hiện cuộc gọi đi, quay số, nhận cuộc gọi đến từ điện thoại không pin.

“Điện thoại di động là thiết bị chúng ta phụ thuộc nhiều hất trong ngày hôm nay. Vì vậy, nếu có một thiết bị bạn muốn có thể sử dụng mà không cần dùng Pin, đó là điện thoại di động”, Joshua Smith lãnh đạo và giao sư của Trung tâm Allen và Khoa kỹ thuật điện của UW nói. “Với bản concept chúng tôi phát triển ngày hôm nay, chúng tôi nghĩ rằng nó có thể làm thay đổi đến các thiết bị trong tương lai”.

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một trạm BTS để truyền nhận tín hiệu sóng radio. Nhưng công nghệ này trong tương lai có thể tích hợp vào cơ sở hạ tầng các trạm phát sóng di động hoặc các bộ định tuyến Wifi để sử dụng thực hiện cuộc gọi.

“Bạn có thể tưởng tượng trong tương lai tất cả các trạm phát sóng hoặc bộ định tuyến wifi có thể tích hợp nền tảng công nghệ của chúng tôi”, đồng tác giả Vamsi Talle, một nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật điện và các công sự của trung tâm Allen mong muốn. “Nếu mỗi nhà đều sử dụng bộ định tuyến Wifi có tích hợp công nghệ của chúng tôi thì bạn có thể sự dụng điện thoại không Pin ở mọi nơi”.

Điện thoại không pin vẫn yêu cầu một số nhỏ năng lượng cung cấp để thực hiện một số thao tác. Bản thiết kế mẫu đã sử dụng năng lượng khoảng 3.5 microwatts.

Hai mặt của điện thoại không pin

Các nhà nghiên cứu ở UW đã chạy thử nghiệm làm cách nào để thu thập một số nhỏ năng lượng từ hai nguồn khác nhau. Bản mẫu điện thoại không pin có thể hoạt động với nguồn năng lượng thu được từ các tín hiệu sóng vô tuyến phát ra từ trạm gốc cách xa khoảng 31 feet (9,5m).

Sử dụng năng lượng thu từ ánh sáng môi trường xung quanh với các tế bào năng lượng mặt trời nhỏ – kích thước khoảng 1 hạt gạo – thiết bị có thể giao tiếp với trạm BTS cách đó 50 feet (~15.3m).

Nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Kỹ thuật điện và Khoa Khoa học máy tính & Kỹ thuật Allen của UW bao gồm: (trái sang phải) Vamsi Talla, Wu Meiling, Sam Crow, Joshua Smith, Bryce Kellogg and Shyam Gollakota. Mark Stone/University of Washington

Nhiều công nghệ không dùng pin khác dựa vào nguồn năng lượng xung quanh, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ hoặc gia tốc, tái tạo năng lượng sử dụng cho các hoạt động không liên tục. Thức dậy đọc và sau đó ngủ một hai phút để thiết bị thu thập đủ năng lượng để thực hiện các tác vụ tiếp theo. Tuy nhiên ngược lại, cuộc gọi trên điện thoại yêu cầu thiết bị phải hoạt động liên tục trong thời gian trò chuyện kéo dài.

Đồng tác giả Bryce Kellogg, một sinh viên ngành Kỹ thuật điện của UW, cho biết: “Bạn không thể nào chờ 1 phút để điện thoại ngủ và thu thập đủ năng lượng để truyền tải cuộc gọi”. “Đó là một thách thức lớn nhất – lượng điện mà bạn có thể thu thập được từ sóng radio và ánh sáng từ môi trường xung quanh luôn giao động từ 1 đến 10 microwatts. Vì vậy, các hoạt động gọi điện thời gian thực khó có thể thực hiện nếu không phát triển một phương pháp mới trong việc truyền nhận lời nói”.

Thời gian tới, nhóm nghiên cứu dự định tập trung vào việc cải tiến phạm vi hoạt động của điện thoại không pin và việc mã hóa các cuộc trò chuyện để bảm bảo àn toàn bảo mật. Nhóm nghiên cứu cũng đang làm việc để truyền video qua điện thoại không pin có thêm tính năng hiển thị trực quan cho điện thoại như sử dụng màn hình E-Ink tiêu thụ năng lượng thấp.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia và Giải thưởng Nghiên cứu Khoa học của Google.

Nhiều thông tin bạn có thể truy cập vào: batteryfreephone.cs.washington.edu hoặc liên hệ với nhóm nghiên cứu vào email: [email protected].

Theo UW News