利用環境供電的無電池手機(圖:華盛頓大學)

美國華盛頓大學一個由電腦工程師與電機工程師組成的研究團隊成功發明了一種手機,這種手機並沒有電池,所有電力也來自環境周遭的無線電訊號和光線,號稱世界上首款「無電池手機」。

論文的作者,華盛頓大學電腦科學與工程學院的 Shyam Gollakota 博士表示:「我們已經設計出相信是首款近乎零耗電的手機。為了讓手機從環境中供電,並實現非常低的耗電量,我們必須從本質去重新思考這些裝置的設計。」

運作原理

研究團隊發現,現代行動電話的通訊過程中,將聲音從類比訊號轉換成手機可理解的數位訊號,會消耗大量的電力。因此他們想出了一種方式來改善這個步驟。其解決方案,是利用人們講電話或聽電話所造成的手機麥克風或聽筒的微小振動。

連接手機麥克風或聽筒的天線,將這些微小振動轉換成蜂巢式基地台發射的標準類比無線電訊號,這種方式幾乎不會耗電。

為了傳送語音,手機會捕捉麥克風的微小振動,將語音編碼成反射訊號。為了接收語音,手機則將經編碼的無線電訊號轉換成電話聽筒的聲音振動。不過目前的原型機還無法同時發送與接收語音,使用者必須按下按鈕,在「傳送」和「接收」兩種模式之間切換。

無電池手機背後的研究團隊(圖:Mark Stone/University of Washington)

利用環境供電

無電池手機仍需要少量電源來執行一些操作,研究團隊開發出的原型機只需要 3.5 微瓦的電量就能運作。研究人員表示:「無電池手機的原型機使用現成的商業印刷電路板製成。它能收集距離 9.4 公尺遠的基地台所傳送的無線電訊號,並將其轉換成電能。此外,手機內裝有微小的光電二極體,它能收集周遭光源並轉換成電能,這樣的電能可以與距離 15.2 公尺遠的基地台進行通訊。」

原型機可以執行基本的電話功能,包括傳送語音和資料,以及透過按鈕接收使用者輸入的指令。也能在無電池手機上,使用 Skype 接聽來電、撥出電話,以及讓來電者等候。

研究人員表示:「我們設計了一個特製的基地台來傳送與接收無線電訊號,在未來,這項技術能整合到標準蜂巢式行動網路的基礎設施,或 WiFi 路由器等通常用於電話服務的通訊設施。」

論文第一作者,華盛頓大學艾倫學院的 Vamsi Talla 博士表示:「在未來,所有的基地台或 WiFi 路由器都可能會嵌入我們的技術。你可以想像,如果家家戶戶都有 WiFi 路由器,這種無電池手機將可以在任何地方使用。」

未來發展

華盛頓大學電機系 Joshua Smith 教授表示:「我們今天非常依賴手機,如果你希望有個不裝電池的裝置,那必定是手機。今天我們開發的這種概念性驗證,其結果相當令人興奮,我們認為這可能會影響未來的日常裝置。」

研究團隊目前計畫增加無電池手機的功能,包括搭載省電的電子墨水螢幕和鏡頭,並將通話加密使其更為安全。

雖然這項技術還只是雛形,但未來若無電池手機的技術發展成熟,人們或許就能遠離手機沒電的困擾。

 

資料來源:

  1. Vamsi Talla et al. (2017). Battery-Free Cellphone. Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies 1 (2): 25; doi: 10.1145/3090090
  2. Langston, J. (2017, July). First battery-free cellphone makes calls by harvesting ambient power. University of Washington News.
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