一種新的超低功耗通信方法乍一看似乎違反了物理定律。只要打開(kāi)和關(guān)閉一個(gè)連接電阻和天線(xiàn)的開(kāi)關(guān)，就可以無(wú)線(xiàn)傳輸信息。不需要給天線(xiàn)供電。

該系統(tǒng)與從環(huán)境中獲取能量的技術(shù)相結(jié)合，可以產(chǎn)生各種傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，包括微型傳感器和植入醫(yī)療設(shè)備，而不需要電池或其他電源。這些技術(shù)包括智能農(nóng)業(yè)傳感器、無(wú)需更換電池就能植入體內(nèi)的電子設(shè)備、更好的非接觸式信用卡，甚至可能還有衛(wèi)星通信的新方式。

除了撥動(dòng)開(kāi)關(guān)所需的能量外，傳輸信息不需要其他能量。在本文舉的例子中，開(kāi)關(guān)是一個(gè)晶體管，一種沒(méi)有移動(dòng)部件的電控開(kāi)關(guān)，消耗的功率極低。

新的無(wú)線(xiàn)電傳輸技術(shù)完全不需要電力

一組工程師開(kāi)發(fā)了一種新的無(wú)線(xiàn)電傳輸技術(shù)，似乎不需要任何電力。

所有的數(shù)據(jù)傳輸都需要能量，因?yàn)閭鬏敱旧怼獰o(wú)論是無(wú)線(xiàn)電、可見(jiàn)光還是聲音——都攜帶能量。如果沒(méi)有電源，能量將是“自由的”，這將違反熱力學(xué)第二定律。但這種能量并不一定需要來(lái)自發(fā)射器。在許多情況下，例如當(dāng)發(fā)射器需要小巧便攜時(shí)，減少或消除其功耗是非常有益的。反向散射技術(shù)已經(jīng)通過(guò)將電源移動(dòng)到接收器上實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。但來(lái)自華盛頓大學(xué)和斯坦福大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的無(wú)線(xiàn)電傳輸技術(shù)，似乎根本不需要任何能量。

無(wú)線(xiàn)電傳輸工作原理是通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射電流。發(fā)射機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的方法各不相同，但最簡(jiǎn)單的技術(shù)是像莫爾斯電碼一樣簡(jiǎn)單地開(kāi)關(guān)電源。反向散射技術(shù)利用接收器的能量工作。在傳統(tǒng)的反向散射裝置中，接收器還包含硬件，以傳輸其自身的強(qiáng)大信號(hào)。發(fā)射器收集部分能量，并將其通過(guò)天線(xiàn)產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電信號(hào)發(fā)送回接收器。因此，發(fā)射器可以在沒(méi)有直接物理連接的電源的情況下運(yùn)行。然而，它仍然在使用電力——沒(méi)有自由能。

這項(xiàng)新技術(shù)以不同的方式工作，但仍然遵循熱力學(xué)的基本定律。在這種情況下，發(fā)射機(jī)所需要的唯一功率是用于撥動(dòng)開(kāi)關(guān)的功率(晶體管)。如果這是一個(gè)由人按下的機(jī)械開(kāi)關(guān)，就像莫爾斯電碼鍵一樣，發(fā)射機(jī)根本不需要任何電力。另一方面，接收器需要很大的能量。

研究人員用冰箱來(lái)比喻它是如何工作的：

解決這個(gè)看似矛盾的辦法是，我們系統(tǒng)中的接收器是有電源的，就像冰箱一樣。接收端攜帶信號(hào)的電子被功率放大器有效地保持低溫，類(lèi)似于冰箱通過(guò)不斷地將熱量抽出來(lái)保持內(nèi)部低溫。發(fā)射機(jī)幾乎不耗電，但接收機(jī)耗電很大，高達(dá)2瓦。這與其他超低功耗通信系統(tǒng)中的接收機(jī)類(lèi)似。幾乎所有的電力消耗都發(fā)生在一個(gè)沒(méi)有能源使用限制的基站上。

這里的好處與我們看到的反向散射技術(shù)類(lèi)似。因?yàn)榘l(fā)射機(jī)消耗的電能非常少(只夠開(kāi)關(guān)晶體管)，它不需要笨重的電池。這使得它成為醫(yī)療植入物和其他不能經(jīng)常充電的設(shè)備的理想選擇。接收器需要大量的電力，但它可以安裝在連接到市電或大電池的基站中。這項(xiàng)新技術(shù)比反向散射系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，這可能使其在某些情況下更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)用。

展望未來(lái)，工程師們打算專(zhuān)注于提高他們的新技術(shù)的范圍和它可以攜帶的數(shù)據(jù)量。

編輯：黃飛

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