Dünyada açlık, savaş, hastalık gündemleri kol gezerken rahat azınlığın en büyük kâbusunu “yetersiz pil” uyarısı veren elektronik aletler oluşturuyor. Dizinin tam da en heyecanlı yerinde kapanan tabletler, konuşurken şarjı tükenen akıllı cep telefonları, koşunun ortasında soluğu kesilen giyilebilen teknolojiler…

Güç sıkıntısı çekmeden, her yerde özgürce kullanabileceğimiz aletlerimiz olsaydı çok güzel olmaz mıydı? Genelde bu tüketici odaklı argüman üzerinden anılsa da, talep edilen güç değerlerinin düşmesi ve dünyadaki elektronik atıkların başında gelen pil ihtiyacının azalması için “pilsiz” elektronik aletlerin geliştirilmesi, yeşil bir dünya için çok önemli.

Washington Üniversitesi’nde çalışan bir ekip  çevresel radio sinyallerini ve ışığı kullanan, mikro-watt’lar seviyesinde enerji tüketen ilk ticari pilsiz cep telefonunu hazırladı.

Çevresel enerji kaynaklarını kullanan diğer pilsiz teknolojilerin –sıcaklı sensörleri vb.-  tersine bu cep telefonu prototipi kesintili çalışmıyor. Yani görevi yap, enerji  toplamak için uyu, diğer görevi yap döngüsüne ihtiyaç duymuyor.

ENERJİ İHTİYACI ÇOK DÜŞÜK

Araştırmacılar cihazın sürekli çalışabilme özelliğini farklı ses iletim tasarımlarıyla gerçekleştirmiş. Cep telefonlarında yüksek enerji tüketimine sebep olan analog-dijital çevrim süreci – yani ses dalgalarının telefonun anlayacağı sayısal verilere çevirilmesi – bu telefonda analog iletim yöntemiyle yer değiştirmiş. Konuşma esnasında telefonun mikrofon ya da hopörlerinde meydana gelen titreşimler bir anten vasıtasıyla standart RF sinyaline kodlanıyor. Aynı şekilde baz istasyonundan gelen radyo sinyalleri de deşifre edilerek ses titreşimleri olarak telefonun hoparlörüne aktarılıyor. Konuşma kalıplarının baz istasyonuna yollanacak radyo sinyaline kodlaması sırasında neredeyse hiç güç harcanmamış. Makalede toplam güç tüketim değeri 3,84 mikro-watt olarak belirtilmiş. 

Pilsiz cep telefonunda geleneksel mimariden farklı olarak analog-dijital dönüşüm tercih edilmiyor. Sesin meydana getirdiği titreşimlerden elde edilen konuşma kalıpları RF sinyallere kodlanarak yollanıyor ve alınıyor.

Çalışmada radyo sinyallerini gönderip almak için geleneksel baz istasyonu tasarımı kullanılmış. Araştırma ekibi  günümüzde sıklıkla kullanılan standart hücresel ağ altyapısıyla ve ya Wi-fi yönlendiricileriyle bütünleştirilebileceğini belirtiyor. Aynı anda konuşma – yani cihazın eş zamanlı ses sinyali kodlama ve ses sinyali çözmesi – durumunun yaratacağı sıkıntılar, dinleme ve konuşma modları arasında geçiş yapan bir tuş ile engellenmiş. Kullanıma hazır baskı devre kartını test eden ekip, tasarımlarının basit arama işlemini gerçekleştirdiği gibi hücresel ağ yapısı üzerinden Skype araması da yapabildiğini belirtiyor.

ENERJİ KAYNAKLARI: RF SİNYALİ VE GÜNEŞ

Araştırma ihtiyaç duyduğu enerjiyi iki önemli çevresel kaynaktan elde ediyor: ilki yaklaşık 9,5 m uzaklıktaki baz istasyonunun ürettiği çevresel RF sinyaleri. Diğeri ise küçük güneş hücreleri ile (paralel bağlı 15 hücre, toplam 1,1 cm2) yakalanan çevresel ışık. Çalışmada, tasarımın 500 Lux çevresel ışık altında 15 micro-watt güç üretebildiği ve 15 metre uzaktaki baz istasyonuna ulaşabildiği belirtiliyor.

Çalışan ilk ticari pilsiz  cep telefonu mimarisi.

Sırayla RF ve çevresel ışık kaynaklarını kullanan güç devreleri.

İlkel prototip elimizdeki teknoloji ile karşılaştırılamaz da olsa, durmadan çalışabilen ilk pilsiz telefon olması sebebiyle “pilsiz” teknolojisinde ciddi bir sıçrama sayılıyor.

Doğa dostu güç kaynakları, potensiyel elektronik atık miktarını düşürme  eğilimi ve mevcut güç tüketim alışkanlıklarına tezat oluşturması; sürdürülebilir teknolojik gelişim için umut vaadediyor. Dileriz bu eğilim tüm elektronik aletler için artarak devam eder.

İlgili makale: Vamsi Talla, Bryce Kellogg, Shyamnath Gollakota, Joshua R. Smith. Battery-Free Cellphone. Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies, 2017; 1 (2): 1 DOI: 10.1145/3090090

Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170705164453.htm