Инженеры из Вашингтонского и Стэнфордского университетов сообщили, что ими разработан новый метод коммуникации, который при сверхнизких затратах энергии позволяет передавать информацию по беспроводной сети путем простого замыкания и размыкания переключателя, соединяющего резистор с антенной. Помимо энергии, необходимой для управления переключателем – в данном случае транзистора, потребляющего ничтожную мощность, – никакой другой энергии для передачи информации не требуется.
Оборудование системы передачи данных аналогично оборудованию RFID-метки, которая обменивается информацией, отражая радиочастотные сигналы, однако наличие радиосигнала новой системе не требуется. По словам исследователей, система в сочетании с методами сбора энергии из окружающей среды может стать основой для создания всевозможных устройств передачи данных, включая крошечные датчики и имплантируемые медицинские устройства, работающих без использования батарей или других источников питания.
В простейшей форме обычного радиоустройства переключатель подключает и отключает источник сильного электрического сигнала – возможно, генератор синусоидальных волн частотой 2 МГц – к передающей антенне. Когда источник сигнала подключен, антенна излучает радиоволну, обозначающую «1». Когда ключ разомкнут, радиоволна отсутствует, что указывает на «0».
По словам разработчиков, их исследование показало, что источник сигнала с питанием не нужен. Вместо этого сигнал, подаваемый в антенну, заменяется случайным тепловым шумом, присутствующим во всех электропроводящих материалах из-за теплового движения электронов.
Это возможно без нарушения второго закона термодинамики, говорят исследователи, поскольку приемник в системе питается и работает подобно холодильнику. На приемной стороне электроны, несущие сигнал, эффективно охлаждаются усилителем, получающим энергию, подобно тому, как холодильник сохраняет холод внутри, непрерывно откачивая тепло.
Передатчик почти не потребляет энергии, но приемник рассеивает значительную мощность, достигающую 2 Вт. Это похоже на приемники в других системах связи со сверхмалым энергопотреблением. В них почти все потребление энергии приходится на базовую станцию, не имеющую ограничений по расходу энергии.
Система аналогична пассивному методу связи, основанному на обратном рассеянии. Отличие состоит в том, что в системе связи с обратным рассеянием помимо передатчика данных и приемника данных имеется третий компонент, генерирующий радиоволны. Переключение, выполняемое передатчиком данных, вызывает отражение этой радиоволны, которая затем улавливается приемником.
По словам исследователей, система с обратным рассеянием обладает такой же энергоэффективностью, как и новая устройство, но система с обратным рассеянием намного сложнее, поскольку необходим компонент, генерирующий сигнал. Однако скорость передачи данных у нового устройства ниже, а дальность действия меньше, чем у радиостанций с обратным рассеянием или обычных радиостанций.
Забегая вперед, говорят исследователи, одной из областей будущей работы должно стать улучшение скорости передачи данных и дальности действия системы, а также ее тестирование в таких приложениях, как имплантируемые устройства. Для имплантируемых устройств преимущество нового метода заключается в том, что нет необходимости подвергать пациента воздействию сильного внешнего радиосигнала, который может вызвать нагрев тканей.
Развитие этой идеи может дать основу новым формам связи, в которых можно модулировать сигналы других естественных источников, таких как тепловой шум от биологической ткани или иных электронных компонентов. Наконец, говорят исследователи, эта работа может привести к появлению новых логических связей между изучением тепла (термодинамика) и изучением коммуникации (теория информации) – областями, которые часто считаются имеющими много общего, но эта работа предполагает установление между ними некоторых более конкретных связей.
