En lugar de baterías, un nuevo teléfono móvil obtiene los pocos microvatios de energía que necesita de otra fuente: las señales de radio ambientales o la luz.
Los investigadores también pudieron hacer llamadas por Skype con el teléfono sin batería, lo que demuestra que el prototipo —fabricado con componentes comerciales disponibles en el mercado— puede recibir y transmitir voz y comunicarse con una estación base.
«Hemos creado lo que creemos que es el primer teléfono móvil funcional que consume casi cero energía», afirma Shyam Gollakota, profesor asociado de informática e ingeniería en la Universidad de Washington y coautor del artículo publicado en Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.
«Para lograr el consumo de energía realmente, realmente bajo que se necesita para hacer funcionar un teléfono recolectando energía del entorno, tuvimos que replantearnos de raíz el diseño de estos dispositivos».
Los investigadores eliminaron un paso de alto consumo energético presente en la mayoría de las transmisiones celulares modernas: convertir las señales analógicas que transmiten el sonido en datos digitales que el teléfono pueda entender. Este proceso consume tanta energía que hasta ahora había sido imposible diseñar un teléfono que dependiera de fuentes de energía ambientales.
En cambio, el teléfono móvil sin batería aprovecha las pequeñas vibraciones del micrófono o el altavoz, que se producen cuando una persona habla por teléfono o escucha una llamada.
Una antena conectada a esos componentes convierte ese movimiento en variaciones de la señal de radio analógica estándar emitida por una estación base celular. En esencia, este proceso codifica patrones del habla en señales de radio reflejadas de una manera que consume casi nada de energía.
Para transmitir voz, el teléfono utiliza las vibraciones del micrófono del dispositivo para codificar patrones del habla en las señales reflejadas. Para recibir voz, convierte las señales de radio codificadas en vibraciones sonoras que capta el altavoz del teléfono. En el dispositivo prototipo, el usuario pulsa un botón para alternar entre estos dos modos de «transmisión» y «escucha».
Con componentes disponibles en el mercado montados en una placa de circuito impreso, el equipo demostró que el prototipo puede realizar funciones telefónicas básicas: transmitir voz y datos, y recibir indicaciones del usuario mediante botones. Con Skype, los investigadores pudieron recibir llamadas, marcar números y poner a quienes llamaban en espera.
«Hoy, el teléfono móvil es el dispositivo del que más dependemos. Así que, si hubiera un dispositivo que quisiéramos poder usar sin baterías, sería el teléfono móvil», afirma Joshua Smith, responsable del equipo y profesor de ingeniería eléctrica. «La prueba de concepto que hemos desarrollado resulta emocionante hoy y creemos que podría influir en los dispositivos de uso cotidiano del futuro».
El equipo diseñó una estación base personalizada para transmitir y recibir las señales de radio. Sin embargo, esa tecnología podría integrarse en la infraestructura estándar de las redes celulares o en los routers Wi-Fi que ahora se utilizan habitualmente para hacer llamadas.
«Cabe imaginar que en el futuro todas las torres celulares o los routers Wi-Fi incorporen nuestra tecnología de estación base», afirma Vamsi Talla, investigador asociado y coautor. «Y si todas las casas tienen un router Wi-Fi, se podría tener cobertura de telefonía móvil sin batería en todas partes».
El teléfono sin batería todavía necesita una pequeña cantidad de energía para realizar algunas operaciones. El prototipo tiene un presupuesto energético de 3,5 microvatios.
Los investigadores demostraron cómo recolectar esta pequeña cantidad de energía de dos fuentes distintas. El prototipo de teléfono sin batería puede funcionar con energía obtenida de señales de radio ambientales transmitidas por una estación base situada a una distancia de hasta 31 pies.
Al utilizar energía recolectada de la luz ambiental mediante una diminuta célula solar —aproximadamente del tamaño de un grano de arroz—, el dispositivo pudo comunicarse con una estación base situada a 50 pies.
Muchas otras tecnologías sin batería que dependen de fuentes de energía ambientales, como los sensores de temperatura o un acelerómetro, ahorran energía mediante operaciones intermitentes. Toman una lectura y luego «duermen» durante uno o dos minutos mientras recolectan suficiente energía para realizar la siguiente tarea. En cambio, una llamada telefónica exige que el dispositivo funcione de manera continua mientras dure la conversación.
«No puedes decir hola y esperar un minuto a que el teléfono entre en reposo y recolecte suficiente energía para seguir transmitiendo», afirma el coautor Bryce Kellogg, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica. «Ese ha sido el mayor desafío: la cantidad de energía que realmente se puede recolectar de la radio ambiental o de la luz es del orden de 1 o 10 microvatios. Por eso ha sido muy difícil lograr que las operaciones telefónicas en tiempo real funcionen sin desarrollar un enfoque completamente nuevo para transmitir y recibir voz».
El equipo planea centrarse ahora en mejorar el alcance operativo del teléfono sin batería y cifrar las conversaciones para que sean seguras. También trabaja en transmitir vídeo por un teléfono móvil sin batería y añadirle una pantalla visual con bajo consumo basada en tinta electrónica.
El trabajo fue financiado por la National Science Foundation y las Google Faculty Research Awards.
