Как телефон может звонить без батарейки и при чем тут пассивный вайфай

Обычный телефон принимает сигнал с базовой станции, преобразует его и отвечает своим сигналом. Чтобы создать и передать сигнал, он тратит энергию, поэтому для звонка нужна батарея и мощность около 800 милливатт-часов (мощность батареи iPhone 7 — 10,22 ватт-часа, в 13 раз больше). Испытанный в июне телефон без батареи не создает радиосигнал, а отражает сигнал базовой станции, как потерявшийся турист подает сигнал SOS, отражая солнечный свет зеркалом. Отраженный сигнал посылает запрос на базовую станцию о том, что сейчас пойдет вызов. Базовая станция понимает это и соединяет телефон с сотовой сетью. Таким образом энергозатратная работа выполняется не на телефоне, а на станции.

Но даже в этом случае телефону придется преобразовать речь в цифровой сигнал, который поймет другой телефон. А это тоже энергозатратная функция, которая требует батареи в корпусе. Исследователи из Университета Вашингтона, которые занимаются этим проектом, решили проблему — они изменили метод, с помощью которого телефон передает речь в сотовую сеть. Обычный телефон преобразует звук в цифровой сигнал, а безбатарейный считывает вибрацию с микрофона и преобразует ее в аналоговый сигнал. Чтобы передавать звук таким образом, телефону нужно всего 3,5 микроватт-часа. Но у метода есть минус — голос в динамике неприятно скрипит.

Это печатная плата с сенсорными кнопками и одним светодиодом, который загорается, когда кнопки нажимают. У него нет камеры, дисплея и даже динамика, поэтому говорить приходится с наушниками. Джошуа Смит, один из авторов проекта, позвонил с прототипа без батареи на обычный Android-смартфон по скайпу и сказал: «Привет-привет, я звоню с телефона без батареи». Телефон работал как рация: он нажимал переключатель, чтобы говорить, и отпускал его, чтобы слушать собеседника. Печатную плату назвали первым поколением устройства. В будущих прототипах собираются добавить дисплей на электронных чернилах, который покажет сообщения, камеру и шифрование разговоров.

Телефон использует обратное рассеяние, отражение любого сигнала от объекта в сторону источника. Явление используют, например, в радиолокации: положение самолета определяют с помощью сигнала, который отразился от фюзеляжа и вернулся к радару. В фотографии обратное рассеяние наблюдают, когда снимают со вспышкой в снегопад: свет отражается от снежинок, поэтому на снимке появляются светлые пятна. В 1946 году явлением воспользовались советские шпионы. Через пионеров они подарили американскому послу в Москве государственную эмблему США, вырезанную из дерева. Внутри эмблемы находился жучок, который «просыпался», когда получал сигнал определенной частоты. Если в этот момент в комнате кто‑то разговаривал, жучок воспринимал звук мембраной и отправлял его вместе с отраженным сигналом. Так разведчики, которые сидели в соседнем доме, прослушивали посла.

Мелкие устройства могут общаться между собой с помощью обратного рассеяния и не пользоваться батареей: они ловят сигналы, которые их окружают, и отражают их в сторону друг друга, добавляя новую информацию. В Университете Вашингтона таким образом передали данные о платеже с одной платы на другую. Они находились на расстоянии 70 сантиметров и использовали сигнал телевизионной башни в километре от места испытаний. Платы общались медленно — со скоростью 1 килобит в секунду, — но этого хватило, чтобы передать текстовое сообщение.

Скорее всего, нет, потому что у технологии есть множество проблем. Самая большая — малая мощность. Пока на телефоне без батарейки собирали мощность до 10 микроватт-часов. Этого хватило для звонка, но не хватит, чтобы просто включить обычный телефон: дисплей требует до 400 милливатт-часов, процессор A9 — до 2 тысяч милливатт-часов. Это в 40 тысяч и 200 тысяч раз больше того, что удалось собрать на плате без батареи. Телефону нужна своя базовая станция. Теоретически он может отражать любые сигналы, но во время тестов он общался только со своей станцией. Если телефон воспользуется сигналом, который передавал другую информацию, возможно, это создаст помехи во время звонка. Телефон не работает далеко от станции. Во время тестов он звонил в 15 метрах от нее, но, если унести его подальше, он выключится.

Это технология на основе обратного рассеяния, которую придумали те же исследователи. Она устроена по тому же принципу, что и телефон без батарейки, и распространяет вайфай с помощью пассивных роутеров, которые отражают сигнал главного роутера. Пассивный вайфай создан для интернета вещей и не подойдет для того, чтобы смотреть стрим на Twitch. С его помощью можно в цеху построить сеть температурных датчиков, которым не нужно питание. Это экономит деньги и энергию, поскольку сети с пассивным вайфаем нужно столько энергии, сколько требуется главному роутеру. Пассивные роутеры работают почти с нулевым потреблением энергии — для их работы нужно всего 10–50 микроватт-часов. Для сравнения, современный экономичный роутер потратит около 100 милливатт-часов, то есть в 10 тысяч раз больше. Пассивный вайфай в 11 раз быстрее и в тысячу раз экономичнее других протоколов для интернета вещей, например Bluetooth LE и ZigBee.

Пассивный вайфай идеален для интернета вещей. Его можно использовать для беспроводных датчиков, которые следят за температурой в доме и отправляют сигналы системе отопления. С ним можно построить сеть датчиков, которые проследят за состоянием моста и сообщат, если где‑то образовалась трещина. Безбатарейную плату можно поместить в брелок с ключами, чтобы он присылал сообщение на телефон о том, где находится. Даже если телефона без батареи в ближайшее время не появится, пассивный вайфай можно использовать в обычном телефоне, чтобы делать срочные звонки, когда батарея разрядилась.

Без батарей уже работают RFID-метки. Они тоже отражают сигналы, но только те, которые исходят от считывателя. Если RFID-метку прикрепить к ярлыку рубашки, то покупка автоматически оформится после того, как метку поднесут к считывателю. Метки используют на складах (чтобы не считывать штрих-код с каждой коробки), их можно использовать для проезда в метро, в качестве ключа от домофона, вместо паспорта, чтобы следить за животными, чтобы автоматически платить за проезд на платных дорогах после того, как машина проехала ворота, чтобы умный холодильник следил за вашим рационом и сроком годности колбасы.