Найден способ подпитывать гаджеты прямо от сигналов 5g зарядки больше не нужны
Сейчас мелькает много информации о том, что вышки сотовой связи 5G распространяют коронавирус, зомбируют людей и вообще все закончится массовым чипированием и контролем мирового правительства над населением.
Откуда вообще взялась такая идея? Это же бред?
Аббревиатура 5G расшифровывается как fifth generation — «пятое поколение». При беглом взгляде на ситуацию совершенно непонятно, каким образом можно привязать к распространению коронавируса очередное поколение мобильной связи.
сотрудник ракетно-космической отрасли, автор научно-популярного канала Science & FutureЕсли копнуть глубже, становится очевидно, что это только эволюция и симбиоз старых мифов, в одном из которых, например, утверждалось, что сети мобильной связи вызывают рак.
Авторы фейка связали диапазон частот сети с процессами в организме человека и предположили, что частоты 5G приводят молекулы кислорода в состояние, при котором они колеблются с частотой 60 Гц. Якобы из-за этого кислород не может связываться с гемоглобином в крови, что вызывает смертельное кислородное голодание.
Разумеется, это неправда.
Зачем вообще нужны 5G-вышки
Основное отличие сетей пятого поколения от 4G как раз в том, что 5G передает данные на более коротких волнах. Благодаря этому антенны могут быть гораздо меньше тех, что используются сейчас. Одна базовая станция может вмещать больше направленных антенн нового типа и поддерживать на 1000 больше подключенных устройств на квадратный метр, чем 4G.
В России основным для развития 5G считается диапазон 3,4—3,8 либо 4,4—4,8 ГГц . Но пока операторы сотовой связи только добиваются освобождения этих частот, а это не так просто: на них работают системы космической связи. При этом государственная комиссия по радиочастотам — ГКРЧ — рекомендует для выделения и использования частотный диапазон 27,1—27,5 ГГц. Например, в Америке рассматриваются примерно те же диапазоны.
Рассказываем, как выбрать хорошего врача и не платить за лишние анализы. Дважды в неделю — в вашей почте вместе с другими статьями о деньгах. Подпишитесь, это бесплатноКак используется частота 60 ГГц
Частота 60 ГГц — только одно значение из довольно широкого диапазона частот, на которых могут работать мобильные сети. Эта частота с недавнего времени применяется в домашних и иногда офисных роутерах для усиления безопасности, а также в сетях с небольшим покрытием — и никто еще не задохнулся.
Частота 60 ГГц поглощается атомами кислорода в атмосфере. Из-за этого зона покрытия стандартного роутера — всего около 10 метров. Вряд ли это подойдет операторам мобильной связи.
Зато такая частота позволяет быстро передавать очень большие объемы данных. Ну а тот факт, что она поглощается кислородом, помогает защищать пользователей от несанкционированного перехвата информации: чтобы ее получить, приемник-перехватчик должен работать на той же частоте. Для перехвата информации «по воздуху» злоумышленнику потребуется подойти очень близко к источнику сигнала, а это будет слишком заметно.
Найдите в инструкции, по какому стандарту работает ваш домашний роутер. Скажем, при стандарте 802.11ad как раз используется частота 60 ГГц.
Вредит ли мобильная связь здоровью
Конспирологи и раньше привязывали внедрение новых технологий мобильной связи к инфекционным болезням. Например, вспышку SARS в 2003 году они объяснили внедрением 3G, вспышку свиного гриппа в 2009 году — внедрением 4G, а эпидемию испанского гриппа 1918 года — распространением радио. Но научных подтверждений этому так и не нашлось.
Электромагнитные волны, применяемые для связи, действительно способны оказать воздействие на организм человека. Они нагревают наши тела. Внешние слои кожи способны поглощать радиоволны, выделяя тепло. Когда мы говорим о 5G, речь идет о миллиметровой длине волн, а они практически не способны проникнуть сквозь кожу, отражаясь от нее.
Ни одно исследование не выявило никакой хоть сколько-нибудь надежной взаимосвязи между воздействием мобильных телефонов и, например, развитием рака. ВОЗ выпустила бюллетень, в котором разъяснила отсутствие вреда смартфонов, но на всякий случай отнесла радиочастотное излучение к категории возможных канцерогенов — вместе с маринованными овощами.
За последние несколько лет созданы технологии, позволяющие использовать энергию, которую выделяют точки доступа беспроводной связи.
Например, еще в 2010 году создан прибор RCA Airnegy, способный поглощать энергию сигналов Wi-Fi. К нему можно было подключить гаджеты, например, смартфон заряжался с 1/3 до полной батареи за 1,5 часа.
В 2020 году в Массачусетском технологическом институте также предложили проект по добыче электроэнергии из сигнала Wi-Fi. В основе разработки лежит графен – модификация углерода слоем в один атом. Визуально его можно представить как очень тонкий слой графита, одно из свойств которого – высокая подвижность носителей заряда. Графен чутко реагирует на внешнее электрическое поле, что и помогает ему аккумулировать заряд.
Однако появление сигнала 5G выводит подобные разработки на новый уровень. В них используются частоты миллиметрового диапазона, а плотность излучаемой мощности очень высока в сравнении с другими типами сигналов. Все это упрощает процесс поглощения энергии.
Несмотря на существовавшие разработки, получение сигнала из беспроводных сетей до недавнего времени считалось не слишком перспективным. Дело в том, что для этого использовались большие выпрямляющие антенны, требовавшие сверхточной направленности прямо на источник энергии. Это похоже на то, как в местности со слабым сигналом сотовой сети приходится держать смартфон в строго определенном положении, чтобы антенна могла улавливать сигнал связи.
В проекте ученых из Технологического института Джорджии используется уже плоская антенна, по размерам напоминающая игральную карту. Остроконечная пластина в ее центре – линза Ротмана, которая способна преобразовать один мощный узкоугольный луч в несколько лучей, расположенных под более широким углом. В радиолокации линзы Ротмана используются для того, чтобы видеть цели в нескольких направлениях без перемещения радара в пространстве.
В данном случае линза Ротмана позволяет карте получать энергию из волн разных направлений. Кроме того, увеличивается и количество аккумулированной энергии.
Тем не менее, пока нет речи о больших мощностях и расстоянии: устройство способно собирать около 5 мкВт в 180 м от вышки 5G.
Такой мощности недостаточно для смартфона, но может хватить для зарядки небольших сенсоров и некоторых умных устройств. Изобретение, в целом, рассчитано именно на Интернет вещей, а так как оно гибкое и не прекращает работу в согнутом виде, то главной сферой применения может стать умная одежда.
В перспективе эта разработка позволит использовать 5G не только как способ связи, но и как беспроводные электросети.
Разработка не новая, но сетей пятого поколения она пока не касалась.
Опытный образец харвестера. Фото: Christopher Moore / Georgia Tech
Исследователи из лаборатории ATHENA Технологического института Джорджии рассказали о специально созданной антенне, которая способна переводить 5G-сигнал в электроэнергию. Об этом рассказывает сайт института Georgia Tech.
Как работает?
За основу взяли так называемую линзу Ротмана. По сути, это антенна, которую широко используют в системах радаров радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Она может «видеть» цели сразу в нескольких направлениях без непосредственного разворота антенн.
Антенна, которую распечатали учёные, способна улавливать свободную энергию сетей пятого поколения. Правда, конкретный прототип работает только с сетями mmWave, то есть в миллиметровом диапазоне. Этот диапазон сетей даёт самую высокую скорость среди всех 5G-диапазонов, но может работать лишь на очень небольших расстояниях.
Антенна улавливает эту свободную энергию и конвертирует её в крайне небольшую энергию, мощность которой составляет 6 мкВт. Этого недостаточно для заряда больших устройств вроде смартфонов, но для питания датчиков для устройств интернета вещей (IoT) вполне достаточно.
Иллюстрация: Светлана Чувилёва / Wylsacom Media
Стоит ли Виктории Боне волноваться?
Боня может спать спокойно: подобный передатчик не содержит в себе ничего нового, кроме факта работы в сетях пятого поколения. Подобные разработки существовали и ранее. Например, в 2014 году аналогичный харвестер настроили под частоту 2,4 ГГц — одну из частот, на которой работает ваш домашний роутер Wi-Fi. А в 2009 году тогда ещё финская Nokia разрабатывала харвестер, способный конвертировать окружающие радиоволны в электроэнергию.
Грубо говоря, по схожему принципу работают и солнечные батареи, также конвертирующие свет в электроэнергию. Поэтому если Боня и хочет волноваться о 5G, то и на улицу ей также не стоит выходить. И Wi-Fi использовать тоже не стоит. На всякий случай.
IoT уже вышли за пределы домов отдельно взятых людей и начали «завоевывать» города. От концепции «умного дома» мы перешли к «умному городу». Интернет вещей или IoT для краткости — это экосистема, состоящая из интеллектуальных устройств с подключением к Интернету, которые используют встроенные процессоры, датчики и коммуникационное оборудование для сбора, отправки и обработки данных, которые они получают из своей среды.
Интернет вещей приведёт к появлению большего количества взаимосвязанных «умных городов», мест, управляемых данными в реальном времени. Города будут способствовать автономным транспортным средствам обмениваться данными с интеллектуальными устройствами людей, а их интеллектуальные устройства будут подключены к их домам, а их дома будут подключены к остальной части города, используя данные в реальном времени для улучшения качества жизни его жителей. К 2025 году планируется установить 40 миллиардов устройств IoT.
Чтобы Интернет вещей работал стабильно, нам нужен 5G. Это основа для реализации всего потенциала IoT. Но IoT это не только быстрая загрузка данных, высокоскоростная связь, низкая задержка трафика, но и повсеместное покрытие всей обслуживаемой территории сети. А так как дальность действия сигнала 5G от источника сигнала максимум сотни метров, то для покрытия сети понадобятся МНОГО-МНОГО антенн 5G. Группа учёных из Джорджии в целях экономии решили использовать такое изобилие антенн не только для подключения к сети девайсов IoT, но и для их электропитания. Нововведение может помочь устранить зависимость мира от аккумуляторов для зарядки устройств, предоставив альтернативу с использованием избыточной емкости 5G.
Незримый ЛЭП
5G был разработан для молниеносной связи с малой задержкой. Для этого были приняты частоты миллиметрового диапазона, что позволило Федеральной комиссии связи США достичь беспрецедентно высоких плотностей излучаемой мощности. Сами того не зная, архитекторы 5G создали таким образом беспроводную электросеть, способную питать устройства на дальностях, намного превышающих возможности любых существующих технологий. Однако этот потенциал может быть реализован только в том случае, если удастся обойти фундаментальный компромисс в области сбора беспроводной энергии.
Группа исследователей из Технологического института Джорджии разработала инновационную небольшую выпрямляющую антенну, напечатанную на 3D-принтере, которая может собирать электромагнитную энергию из сигналов 5G и использовать ее для питания устройств IoT.
Как говорят учёные, гибкая выпрямляющая антенна на основе линзы Ротмана, другими словами, ректенна, может выполнять сбор сигналов миллиметровой волны в диапазоне 28 ГГц. Линза Ротмана является ключевой для сетей формирования луча и часто используется в системах радиолокационного наблюдения, чтобы видеть цели в нескольких направлениях без физического перемещения антенной системы. Однако для получения энергии, достаточной для питания устройств, необходимы антенны большего размера, которые, к сожалению, имеют суженное поле зрения, и это ограничивает их использование.
Но чтобы собрать достаточно энергии для питания маломощных устройств на больших расстояниях, требуются антенны с большой апертурой. Проблема с большими антеннами в том, что у них сужается поле зрения. Это ограничение препятствует их работе, если антенна широко разнесена от базовой станции 5G.
«Мы решили проблему возможности смотреть только с одного направления с помощью системы, которая имеет широкий угол обзора», — говорит старший научный сотрудник Алин Эйд (Aline Eid) из лаборатории ATHENA, созданной в Школе электротехники и компьютерной инженерии Джорджии.
(a) Двойное комбинирование (RF + DC), обеспечиваемое использованием линзы Ротмана между антеннами и выпрямителями, (b) график смоделированных максимальных коэффициентов решетки и углового покрытия для линз Ротмана разных размеров и © изображение изготовленная структура линзы Ротмана.
FCC разрешила 5G фокусировать мощность гораздо более плотно по сравнению с предыдущими поколениями сотовых сетей. Современная сеть 5G предоставляет широкие возможности для «сбора» неиспользованной энергии, которая иначе была бы потрачена впустую.
«Благодаря этому нововведению мы можем получить большую антенну, которая работает на более высоких частотах и может принимать энергию с любого направления. Он не зависит от направления, что делает его более практичным», — отметил Джимми Хестер (Jimmy Hester), старший советник лаборатории, технический директор и соучредитель Atheraxon, дочернего предприятия Технологического института Джорджии, разрабатывающего технологию радиочастотной идентификации (RFID) 5G.
Вся электромагнитная энергия, собираемая антенными решётками с одного направления, объединяется и подается в один выпрямитель, что увеличивает его эффективность.
(a) График смоделированных и измеренных коэффициентов отражения на выходе луча 4 в плоских и изогнутых условиях и (b) Графики максимальных коэффициентов решетки и угловых направлений отверстий P1, P3 и P5 луча в зависимости от частоты.
Все дело в физике
«Люди прежде уже пытались собирать энергию на высоких частотах, таких как 24 или 35 гигагерц», — говорит Эйд. «Но такие антенны работали только в том случае, если они находились в прямой видимости от базовой станции 5G. До сих пор не было возможности увеличить угол обзора».
Работая так же, как оптическая линза, линза Ротмана обеспечивает одновременно шесть полей зрения в виде формы паука. Изменение формы линзы приводит к изменению угла кривизны со стороны порта луча и со стороны антенны. Это позволяет структуре отображать набор выбранных направлений излучения на связанный набор портов луча. Затем линза используется в качестве промежуточного компонента между приёмными антеннами и выпрямителями для сбора энергии 5G.
(a) Схема суммирования мощности на основе линз Ротмана и (b) изображение установки, используемой для измерения угловой характеристики ректенны.
К конструкции добавляются антенные подрешётки, выпрямители и сумматоры постоянного тока, чтобы продемонстрировать сочетание большого углового покрытия и чувствительности к включению — как в плоских, так и в изогнутых условиях — и возможность сбора на расстоянии до 2,83 м в тестовом состоянии и свыше 180 м с использованием современных выпрямителей (позволяющих собирать мощность постоянного тока в 6 мкВт при 75 дБм).
Этот новый подход решает проблему компромисса между угловым охватом ректенны и чувствительностью при включении с помощью структуры, объединяющей уникальные методы сочетания радиочастот (RF) и постоянного тока (DC), что позволяет создать систему как с высоким коэффициентом усиления, так и с большой шириной луча.
На демонстрациях технология позволила добиться 21-кратного увеличения собираемой мощности по сравнению с аналогами при сохранении идентичного углового покрытия.
(a) Изображение гибкой ректенны на основе линзы Ротмана, помещенной в цилиндр радиусом 1,5 дюйма, (b) измеренная суммарная мощность в зависимости от углов падения для разной кривизны, © установка для испытаний на дальние расстояния.
Эта надёжная система может открыть дверь для новых пассивных RFID-меток большого радиуса действия с питанием от 5G миллиметрового диапазона для носимых и повсеместных приложений IoT. Исследователи использовали собственное аддитивное производство для печати харвестеров миллиметрового диапазона размером с ладонь на множестве повседневных гибких и жестких подложек. Возможность 3D-печати сделает систему более доступной для широкого круга пользователей.
«Дело в том, что 5G будет везде, особенно в городских районах. Вы можете заменить миллионы или десятки миллионов батарей беспроводных датчиков, особенно для умных городов и умных приложений », — говорит Эммануил Тенцерис (Emmanouil Tentzeris), профессор электроники в Школе электротехники и компьютерной инженерии.
Тенцерис предсказывает, что следующим крупным приложением для телекоммуникационной отрасли станет технология Powera-as-a-Service (PaaS), точно так же, как передача данных вытеснила голосовые звонки в качестве основного источника дохода.
Исследовательская группа считает, что в перспективе поставщики услуг воспользуются этой технологией, чтобы предлагать питание-по-запросу «по воздуху», устраняя необходимость в батареях.
Эта работа была поддержана Исследовательской лабораторией ВВС США и Национальным научным фондом (NSF) — программа Emerging Frontiers in Research and Innovation. Работа была частично выполнена в Технологическом институте электроники и нанотехнологий Джорджии, который входит в Национальную координированную инфраструктуру нанотехнологий (NNCI), которая поддерживается NSF (грант ECCS-1542174).
На правах рекламы
Воплощайте любые идеи и проекты с помощью наших VDS с мгновенной активацией на Linux или Windows. Сервер готов к работе через минуту после оплаты!
Японский оператор сотовой связи SoftBank намерен в скором времени протестировать технологию, которая заряжает наушники, умные часы и другие носимые устройства по воздуху. Как сообщает издание Nikkei, специальные устройства беспроводной передачи энергии будут установлены на базовых станциях 5G, развёртываемых SoftBank. Испытания начнутся, как только правительство ослабит ограничения на использование подобных беспроводных технологий.
На текущий момент SoftBank занимается заменой своих базовых станций 4G на 5G по всей Японии. Технология беспроводной зарядки носимых устройств разработана совместно с Киотским университетом, Технологическим институтом Канадзавы и Национальным институтом информационных и коммуникационных технологий. Её суть заключается в том, что электрический заряд передаётся в высокочастотном диапазоне 28 ГГц, который используется в сотовой связи 5G. Соответственно, любой человек сможет автоматически заряжать совместимые устройства, просто подойдя к базовой станции.
Чтобы предотвратить негативное воздействие на человеческий организм, оператор будет передавать около 1 мВт энергии на расстоянии до 10 метров. В дальнейшем радиус будет увеличен до 100 метров. Помимо зарядки носимых устройств по воздуху, технология также может применяться для поисковых маячков и различных медицинских датчиков-имплантов.
На сегодняшний день в Японии установлено ограничение на использование подобной технологии, поскольку беспроводная передача энергии может создавать помехи для связи. Однако уже в этом году Министерство внутренних дел и коммуникаций намерено издать указ о выделении нескольких диапазонов частот для беспроводной зарядки. Изначально будет разрешено использовать технологию внутри помещений, а в 2024 году — на улицах. Коммерческое применение технологии запланировано в 2025 году.
Читайте также: