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Primeiro celular sem bateria faz chamadas através de energia ambiente

Protótipo feito com componentes comerciais recebe e transmite fala usando sinais de rádio e luz para se carregar

Mark Stone/University of Washington
Um celular que não precisa de baterias - uma esperança para nos livrarmos de carregadores, cabos e telefones descarregados. Em vez disso, o celular capta os poucos microwatts dos quais necessita dos sinais de rádio ou da luz ambiente. Foi isso o que inventou uma equipe de pesquisadores da Universidade de Washington. A nova tecnologia está detalhada em um artigo publicado no dia 1º de julho na revista Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.

A equipe também fez chamadas de Skype utilizando seu celular sem bateria, demonstrando que o protótipo, feito de componentes comerciais e que estão nas prateleiras, pode receber e transmitir o que uma pessoa fala e se comunicar com uma estação base. “Nós construímos o que acreditamos ser o primeiro celular em funcionamento que consome quase nenhuma energia, disse Shyam Gollakota, professor associado na Escola Pau G. Allen de Ciência da Computação e Engenharia da Universidade de Washington. “Para conseguir o consumo de energia muito, muito baixo que precisamos para fazer um telefone funcionar captando energia do ambiente, fundamentalmente precisamos repensar como esses aparelhos são desenhados.”

A equipe de cientistas da computação e engenheiros elétricos da Universidade de Washington eliminou um passo poderoso na maioria das transmissões dos celulares modernos - a conversão de sinais análogos, que transmitem som, em dados digitais que um telefone consegue entender. Esse processo consome tanta energia que tem sido impossível desenvolver um telefone o qual possa depender de fontes de energia ambientes.

Em vez disso, o celular sem bateria tira proveito de pequenas vibrações no microfone ou alto-falante de um telefone que acontecem quando uma pessoa está falando no celular ou ouvindo uma chamada.

Uma antena conectada a esses componentes converte esse movimento em mudanças no sinal de rádio análogo padrão emitido por uma estação base de celular. Essencialmente, esse processo codifica padrões de fala em sinais de rádio refletidos de uma forma que quase nenhuma energia é utilizada.

Para transmitir a fala, o telefone usa vibrações do microfone do aparelho para codificar padrões de fala em sinais refletidos. Para receber a fala, ele converte sinais de rádio codificados em vibrações sonoras, as quais são captadas pelo alto-falante do celular. No protótipo, o usuários aperta um botão para alternar entre esses dois modos de “transmissão” e escuta”.

Usando componentes comerciais em uma placa de circuito impresso, a equipe demonstrou que o protótipo pode desempenhar funções básicas de um telefone - transmitir falar e dados, receber entradas do usuário através de botões. Utilizando o Skype, pesquisadores foram capazes de receber chamadas, discar e colocar pessoas em espera com o celular sem bateria.

“O celular é o aparelho do qual mais dependemos hoje. Então se há um aparelho que você gostaria de poder usar sem bateria, ele é o celular”, disse Joshua Smith, líder do corpo docente e professor tanto da Escola Allen quanto do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Washington. “A prova do conceito que desenvolvemos é emocionante hoje, e acreditamos que poderia impactar aparelhos de uso diário no futuro.”

A equipe projetou uma estação base personalizada para transmitir e receber os sinais de rádio. Contudo, concebivelmente, essa tecnologia poderia ser integrada em infraestruturas de rede de celular padrão ou roteadores de Wi-Fi, agora comumente utilizado para fazer chamadas.

“Você poderia imaginar, no futuro, que todas as torres de celular e roteadores de Wi-Fi poderiam vir com nossa tecnologia de estação base embutida neles”, disse o co-autor Vamsi Talla, ex-estudante de doutorado de engenharia elétrica da Universidade de Washington e pesquisador associados da Escola Allen. “E se casa causa possui um roteador de Wi-Fi, você poderia ter cobertura de celulares sem bateria em todos os lugares.”

O telefone sem bateria ainda precisa de uma pequena quantidade de energia para desempenhar algumas funções. O protótipo tem um orçamento de energia de 3,5 microwatts.

Os pesquisadores da Universidade de Washington demonstraram como captar essa pequena quantidade de energia de duas diferentes fontes. O protótipo do celular sem bateria pode operar com energia coletada de sinais de rádio ambientes transmitidas por uma estação base a até 9,45 metros.

Utilizando energia coletada da luz ambiente e uma pequena célula solar - aproximadamente do tamanho de uma grão de arroz - o dispositivo foi capaz de se comunicar com uma estação base que estava a 15,24 metros de distância.

Muitas outras tecnologias sem bateria as quais dependem de fontes de energia ambientes, tais como sensores de temperatura ou um acelerômetro, conservam energia com operações intermitentes. Eles fazem uma leitura e, então, “dormem” por um minuto ou dois enquantos coletam energia o suficiente para desempenhar a próxima tarefa. Por outro lado, um telefone exige que o aparelho opere continuamente enquanto durar a conversa.

“Você não pode dizer ‘oi’ e esperar por um minuto para que o telefone descanse e colete energia o suficiente para continuar a transmissão”, disse o co-autor Bryce Kelligg, estudante de doutorado de engenharia elétrica da Universidade de Washington. “Esse tem sido o maior desafio - a quantidade de energia que você realmente pode coletar de sinais de rádio e luz ambientes está na ordem de 1 ou 10 microwatts. Então, tem sido bastante difícil conseguir fazer as operações em tempo real do celular sem desenvolver uma abordagem totalmente nova para transmitir e receber a fala.”

Em seguida, a equipe de pesquisa planeja se concentrar em melhorar o alcance operacional do telefone sem bateria e criptografar conversas para torná-los seguros. A equipe também está trabalhando para transmitir vídeos em um celular sem bateria e adicionar um recurso de exibição visual ao telefone usando telas E-ink de baixa energia.

A pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional da Ciência e pelos Prêmios de Pesquisa de Faculdade do Google.

Universidade de Washington
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