Energy Harvesting Handy ohne Akku und Ladegerät

Das batteriefreie Energy-Harvesting-Handy, das an der University of Washington entwickelt wurde, kann Sprache erkennen, Kopfhörer ansteuern und zwischen Uplink- und Downlink-Kommunikation wechseln, alles in Echtzeit.
Das batteriefreie Energy-Harvesting-Handy, das an der University of Washington entwickelt wurde, kann Sprache erkennen, Kopfhörer ansteuern und zwischen Uplink- und Downlink-Kommunikation wechseln, alles in Echtzeit.

Keine Ladegeräte, Ladekabel oder sterbende Akkus mehr. Forscher der University of Washington haben ein batterieloses Handy entwickelt. Es erntet die wenigen nötigen Mikrowatt aus HF-Signalen aus der Umgebung oder aus dem Lichteinfall. Schlüssel ist ein neues, quasi energieloses Modulationsverfahren.

Als »Proof of Concept« für ein Mobiltelefon ohne Akku haben Forscher an der Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering an der University of Washington Skype-Anrufe durchgeführt. Der Prototyp kommt mit kommerziell erhältlichen Standardkomponenten aus und kann Sprachsignale senden und empfangen sowie mit einer Basisstation kommunizieren. Ein Paper in der Juli-Ausgabe der »Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies« behandelt die Technologie im Detail.

Gerade einmal 3,5 µW beträgt das Energiebudget des Telefons. Dazu beseitigte das Team von Informatikern und Elektroingenieuren einen energiehungrigen Schritt in den meisten modernen Mobilfunkübertragungen: die Wandlung analoger Tonsignale in digitale Daten, die ein Telefon verarbeiten kann. Dieser Prozess benötigt so viel Energie, dass es bislang unmöglich war, ein Handy zu entwerfen, das sich auf Energy-Harvesting-Quellen verlassen konnte.

Stattdessen nutzt es kleine Schwingungen in einem Mikrofon oder einem Lautsprecher eines Telefons, die auftreten, wenn eine Person in das Telefon spricht oder dem Anrufer zuhört. Eine Antenne, die mit diesen Komponenten verbunden ist, wandelt diese Bewegungen in Änderungen von Standard-Analog-Funksignalen um, wie sie von einer Mobilfunk-Basisstation emittiert werden. Dieser Prozess kodiert im Wesentlichen Sprachmuster auf reflektierte Funksignale in einer Weise, die fast keine Energie benötigt.

Um also Sprache zu übertragen, verwendet das Telefon Vibrationen aus dem Mikrofon des Handys, um Sprachmuster auf die reflektierten Signale aufzukodieren. Um Sprache zu empfangen, konvertiert es die kodierten Funksignale in Tonvibrationen um, die vom Lautsprecher des Telefons aufgefangen werden. Beim Prototyp-Gerät drückt der Benutzer eine Taste, um zwischen dem Sende- und dem Hör-Modus umzuschalten.

Das Team entwarf eine spezielle Basisstation, um die Funksignale zu senden und zu empfangen. Aber es ist denkbar, diese Technologie in Standard-Mobilfunknetz-Infrastruktur oder Wi-Fi-Router zu integrieren, wie sie häufig zum Telefonieren verwendet werden.

Die Forscher konnten auch zeigen, wie man solch kleine Menge an Energie aus zwei verschiedenen Quellen ernten kann. Der Prototyp kann mit Strom versorgt werden, der von Funksignalen stammt, die von einer bis zu zehn Meter entfernten Basisstation entfernt liegt. Mit der aus dem Umgebungslicht geernteten Energie aus einer Solarzelle, die etwa die Größe eines Reiskorns hat, konnte das Gerät mit einer 50 Meter entfernten Basisstation kommunizieren.

Als Nächstes plant das Forscherteam, die Betriebsart des batteriefreien Telefons zu verbessern und die Gespräche zu verschlüsseln, um sie sicher zu machen. Zudem arbeitet es daran, Videos zu streamen und dem Handy mit Hilfe von E-Ink-Bildschirmen eine optische Anzeige hinzuzufügen.