Учёные смогли передать радиосигнал почти без затрат энергии — законы физики не были нарушены

Любая передача данных представляет собой перенос энергии, иначе это нарушило бы второй закон термодинамики. Но энергия не обязательно должна затрачиваться именно в передатчике. Можно использовать, например, обратное рассеяние, при котором происходит отражение сигналов в обратном направлении, то есть в сторону источника. А группа инженеров из Вашингтонского и Стэнфордского университетов пошла дальше, разработав технику радиопередачи, которая будто вообще не требует энергии.

Источник изображения: Hackster.io

Применяемая сейчас технология обратного рассеяния работает с использованием энергии приёмника. В традиционной установке обратного рассеяния приёмник также содержит оборудование для передачи собственного мощного сигнала. Передатчик использует получаемую часть этой мощности и отправляет её обратно на приёмник. Таким образом, передатчик работает без непосредственно подключённого источника питания. Однако он по-прежнему использует энергию, пусть и не свою.

Всем ныне привычная передача радиосигнала заключается в отправке энергии через антенну. Метод, с помощью которого передатчик кодирует данные, различается, но самый простой способ — импульсный, например, азбука Морзе. Подобный способ и используется в новой разработке: для передачи сигнала требуется замыкать и размыкать транзистор, соединяющий резистор с антенной. Замкнутая цепь передаёт в двоичном коде «1», а разомкнутая — «0». Собственно, только на переключение транзистора и требуется энергия.

А вот источник сигнала питать извне не надо, потому как будет достаточно «теплового шума, присутствующего во всех электропроводных материалах из-за движения электронов под действием тепла». Во всяком случае, так утверждают сами исследователи. Задумка состоит в том, что источник сигнала обладает более высокой температурой, чем антенна, так что при замыкании цепи в ней начнёт течь ток из-за разницы температур, как показано на схеме ниже.

Конечно, технология по-прежнему придерживается основных законов физики. Но затраты энергии в источнике сигнала сведены к минимуму — она тратится только на изменение состояния транзистора. Приёмник, с другой стороны, потребует много энергии. То есть почти всё потребление энергии происходит на приёмнике, так что законы физики в итоге нарушены не будут.

Преимущества технологии и области её применения видны невооружённым глазом. Поскольку передатчик потребляет очень мало энергии, ему не нужны громоздкие батареи. Это делает его идеальным для медицинских имплантатов и других устройств, которые нельзя или затруднительно часто заряжать. Приёмнику требуется много энергии, но это может быть базовая станция, подключённая к электросети или большой батарее. Эта новая технология менее сложна, чем системы обратного рассеяния, что может сделать её более доступной и практичной в некоторых ситуациях. Сейчас инженеры намерены сосредоточиться на расширении возможностей своей новой технологии и увеличении объёма данных, которые она может передавать.