手机要“甩开”电池了

最近，美国华盛顿大学的研究人员发明了一种不用电池的手机。这部手机所需的能量来自周围环境中的无线电信号或光线。这项伟大的发明可能会让历史成为充电器、电源线和手机没电，无法给朋友们带来的焦虑。

这个由华盛顿大学的计算机科学家和电气工程师组成的团队已经用现有的商业组件制作了一个原型，并进行了演示。除了执行基本的移动电话功能，如发送语音和数据以及通过按钮接收用户输入，该原型还可以感知语音、激活耳机、使用Skype网络电话拨打电话以及实时切换上行和下行通信。

在此之前，大多数蜂窝传输都有一个巨大的功耗步骤，即将模拟信号转换成移动电话可以理解的数字数据。正是因为这一过程需要消耗太多的能量，所以人们认为不可能设计出一款可以由环境能源驱动的手机。

另一方面，当人们通过手机说话或接听电话时，麦克风或扬声器会产生轻微的振动。无电池手机利用了这种振动——研究小组将一种独特的天线连接到印刷电路板上的元件上，从而将振动转换成由蜂窝基站以消耗很少能量的方式发射的标准模拟无线电信号。

为了传输语音，手机可以利用麦克风的振动对反射信号中的语音模式进行编码。如果要接收声音，编码的无线电信号被转换成声音振动，然后由移动电话的扬声器拾取。

然而，这款无电池手机仍然需要少量的能量来执行一些操作。以样机为例，其能耗为3.5微瓦。研究人员展示了如何从两种不同的来源获得这种必要的能量。

首先，无电池手机原型可以从基站在31英尺(约9.45米)的距离发射的环境无线电信号中获取能量来工作。第二，使用一个微小的太阳能电池(大约一粒米大小)，原型可以从环境光中收集能量，与50英尺(约15米)外的基站进行通信。

事实上，许多其他无电池技术也依赖于环境能源，如温度传感器或加速度计。然而，它们可以通过间歇操作储存能量，并在阅读后“睡眠”一两分钟，以便获得足够的能量来执行下一项任务。相比之下，对移动电话的要求就更加复杂了，因为只要通话持续，设备就必须保证连续运行。

作为回应，另一位合著者、华盛顿大学电气工程专业的博士生布莱斯·凯洛格(Bryce Kellogg)说:“你不能只是打个招呼，然后闭嘴，等着电话获得足够的电力继续通话。这是我们面临的最大挑战。实际上，从周围的无线电或灯光中收集的能量大约是1或10微瓦，因此，如果不开发一种全新的发送和接收语音的方法，就很难实现实时通话，这就是我们从振动角度开始研究的原因。”

这项新技术的详细介绍发表在7月1日的“交互式、移动、可穿戴和普及技术计算机协会会议录”上接下来，研究小组计划重点改善无电池手机的操作范围和加密通话功能，使其更加安全。此外，该团队还将重点关注无电池手机的流媒体视频传输功能，并使用低能耗电子墨水屏幕为无电池手机增加视觉显示功能。(李婷编)

《中国科学日报》(第三版《大众科学》，2017年8月4日)