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Dienstag, 24.10.2017
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Erstes Handy ohne Batterie

Telefon nutzt nur Umgebungsenergie zum Senden und Empfangen

Spannende Erfindung: Forscher haben erstmals ein Handy ohne Akku oder Batterie entwickelt. Weil das Telefon nur wenige Mikrowatt Strom benötigt, kann es diesen allein aus den Radiosignalen seiner Umgebung oder einer kleinen Solarzelle gewinnen. Möglich wird diese extreme Sparsamkeit, weil das Telefon seine Sprachsignale "huckepack" auf vorhandenen Funkwellen mitschickt. Als Basis für dieses System können modifizierte WLAN-Router, aber auch Mobilfunkantennen dienen.
Der Prototyp des neuen Telefons: Ganz ohne Batterie oder Akku kann man damit telefonieren.

Der Prototyp des neuen Telefons: Ganz ohne Batterie oder Akku kann man damit telefonieren.

Wer kennt das Problem nicht: Hat man einmal vergessen, das Handy zu laden oder das Mobilteil nicht richtig auf die Basis gelegt, dann war's das. Der Akku ist leer und telefonieren fällt erstmal flach. Und auch unterwegs ist das größte Problem meist die Frage: Wo kann man sein Handy rechtzeitig wieder aufladen? Doch diese Sorge könnte in nicht allzu ferner Zukunft vielleicht überflüssig werden.

Telefon benötigt fast keinen Strom


Forscher der University of Washington in Seattle haben jetzt ein Telefon konstruiert, das völlig ohne interne Stromquelle auskommt. Auch ein Ladekabel sucht man vergebens. "Wir haben das wahrscheinlich erste funktionierende Mobiltelefon gebaut, das fast keinen Strom benötigt", sagt Teammitglied Shyam Gollakota. Bei einem Telefongespräch verbraucht das neue Handy nur wenige Mikrowatt Strom.

Um das zu erreichen, haben die Wissenschaftler das Funktionsprinzip gängiger Telefone umgekrempelt. Wie sie erklären, ist der am meisten Strom fressende Schritt beim Telefonieren normalerweise die Umwandlung analoger Schallsignale in digitale Daten. Deshalb ist es herkömmlicher Technologie unmöglich, auf eine interne Stromquelle zu verzichten.


Signale reisen "Huckepack"


Anders beim neuen Prototyp: Er nutzt eine Technik, die die Forscher bereits für "singende" Plakate und sprechende T-Shirts umgesetzt haben. Dabei greift eine kleine Antenne die Vibrationen des Telefon-Lautsprechers oder Mikrophons ab. Diese Signale werden nun jedoch nicht in Mobilfunkwellen umgewandelt und gesendet.

Stattdessen "fängt" das Handy die Radiosignale einer nahen Basisstation, eines dafür konfigurierten W-LAN-Routers oder sogar von entsprechend umgerüsteten Mobilfunkantennen auf und wirft sie wieder zurück. Bei dieser Rückstreuung prägt es den Signalen die Sprachinformationen aus dem Mikrophon auf.

So funktioniert das Handy ohne Batterie


Strom aus der Umgebung


Weil das Telefon dafür nur passiv die ohnehin vorhandenen Radiowellen nutzt, benötigt dieses "Huckepack"-Schicken von Informationen kaum Strom. Ein Strombudget von 3,5 Mikrowatt reicht aus. Nach ähnlichem Prinzip hat das Forscherteam bereits ein extrem stromsparendes WLAN entwickelt. Jetzt haben sie das Prinzip der passiven Signalübertragung erstmals auch in ein Telefon implementiert.

Den wenigen Strom, den das neuartige Telefon braucht, bezieht es entweder direkt aus den umgebenden Radiowellen oder aber aus einer kleinen Solarzelle. Ein reiskorngroßes Solarmodul reicht beispielsweise aus, damit das Telefon mit einer 15 Metern entfernten Basisstation kommunizieren kann, wie die Forscher berichten. Nutzt es nur die Radiosignale der Basis, kann man sich rund zehn Meter von ihr entfernen.

Prototyp beweist Machbarkeit


Wie gut dies funktioniert, belegen erste Tests mit einem Prototyp. Dieser besteht aus simplen, überall erhältlichen Elektronikbauteilen, montiert auf einer Platine. Die Basisstation dient als Sender und Empfänger der Radiowellen, gleichzeitig läuft auf ihr Skype. Erhält sie nun die auf den rückgestreuten Wellen kodierten Sprachsignale, speist die diese in Skype ein und ein ganz normales VOIP-Telefonat ist möglich, wie die Forscher demonstrieren.

Die bestehende Infrastruktur könnte so angepasst werden, dass in Zukunft alle Telefone batterielos funktionieren.

Die bestehende Infrastruktur könnte so angepasst werden, dass in Zukunft alle Telefone batterielos funktionieren.

"Dieser Beweis der Machbarkeit ist schon jetzt spannend", sagt Teamleiter Joshua Smith. Noch ist der Prototyp zwar eher einfach und zum Umschalten zwischen Sprechen und Hören muss man einen Knopf auf dem Gerät drücken. Zudem benötigt man eine eigens angepasste Basisstation für das Telefonieren und die Reichweite ist begrenzt. Aber schon jetzt arbeiten die Forscher daran, die Reichweite ihrer Telefone zu erhöhen und die Signale zu verschlüsseln. Auch optische Displays auf Basis der E-Ink-Technologie und Videostreams sollen künftig möglich werden.

Bald überall batteriefreies Telefonieren?


"Wir glauben, dass diese Technologie die Alltagsgeräte der Zukunft signifikant beeinflussen wird", sagt Smith. So könnte die nötige Technologie künftig in alle Mobilfunksender oder WLAN-Router integriert werden. "Man kann sich vorstellen, dass in der Zukunft alle Mobilfunkmasten und Router diese Technologie beinhalten. Und wenn ohnehin jedes Haus einen WLAN-Router hat, dann hätte man überall eine batteriefreie Handy-Abdeckung", sagt Teammitglied Vamsi Talla. (Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies, 2017; doi: 10.1145/3090090)
(University of Washington, 10.07.2017 - NPO)
 
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