İlk bakışta, yeni bir ultra düşük güç iletişim tekniği fizik kurallarına meydan okuyor gibi görünüyor. Bir direnci antene bağlayan bir anahtarı basitçe açıp kapatarak kablosuz olarak veri göndermek mümkün. Antene güç sağlamaya gerek yok. Küçük sensörler ve implante tıbbi cihazlar da dahil olmak üzere her türlü veri ileten cihaz, pil veya diğer güç kaynakları kullanılmadan çevreden enerji yakalama yöntemleriyle birlikte bu konsept kullanılarak oluşturulabilir. Bunlar arasında akıllı tarım için sensörler, asla pile ihtiyaç duymayan implante edilebilir elektronikler, geliştirilmiş temassız kredi kartları ve hatta belki de yeni uydu iletişim teknikleri yer almaktadır.
Bu güç tasarruflu teknoloji yeni bir iletişim çağını başlatabilir mi?
Anahtara basmak için kullanılan enerjinin dışında bilgiyi aktarmak için başka bir enerji gerekmez. Bu örnekte anahtar, elektrikle kontrol edilen, hareketli bileşenleri olmayan ve çok az miktarda elektrik kullanan bir anahtar olan transistördür.
Bir anahtar, saniyede 2 milyar kez değişen bir sinüs dalgası üreten bir osilatör gibi güçlü bir elektrik sinyal kaynağını geleneksel radyonun en temel versiyonundaki verici antene bağlar ve bağlantısını keser. Sinyal kaynağı bağlıyken anten bir radyo dalgası üretir, bu da 1’i temsil eder. Anahtar kapalıyken radyo sinyali yoktur, bu da 0’ı temsil eder.
Gösterilen şey, güçlü bir sinyal kaynağına ihtiyaç duyulmamasıdır. Anteni çalıştıran sinyalin yerini, elektronların ısı ile yer değiştirmesi nedeniyle elektriksel olarak iletken tüm malzemelerde mevcut olan rastgele termal gürültü alabilir.
Kısa süre önce Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlanan araştırmayı anlatan makalemizin hakem değerlendirmesi sırasında hakemler, yöntemin termodinamiğin ikinci yasasına, yani sürekli hareket eden makinelerin neden imkansız olduğunu açıklayan temel fiziksel ilkeye uygunluğu konusunda bizi sorguladılar.
Termodinamiğin İkinci Yasası
Teorik olarak, sürekli hareket makineleri harici enerjiye ihtiyaç duymadan çalışabilmektedir. Eleştirmenler, herhangi bir enerji bileşenine ihtiyaç duyulmadan ve hem verici hem de alıcı aynı sıcaklıkta çalışırken bilgi iletilip alınabilseydi, sürekli hareket eden bir makine inşa etmenin düşünülebileceğine dair endişelerini dile getirmişlerdir. Bu mantıksız olduğundan, çalışmamızın ya da onu kavrayışımızın kusurlu olduğu anlamına gelecektir.
İkinci yasaya göre ısının kendiliğinden transferi yalnızca daha sıcak ve daha soğuk maddeler arasında gerçekleşir. Vericimizin kablosuz iletimleri ısı taşır.
İkinci kurala aykırı olarak, ikisi arasında bir sıcaklık farkı olmadan vericiden alıcıya doğru kendiliğinden oluşan herhangi bir sinyal akışını toplayabilirsiniz.
Sistemimizdeki alıcının bir buzdolabı gibi çalıştırılması ve işlev görmesi, bu bariz paradoksun cevabını vermektedir. Bir buzdolabının ısıyı sürekli olarak dışarı pompalayarak iç sıcaklığını korumasına benzer şekilde, güçlendirilmiş amplifikatör alıcı taraftaki sinyal taşıyan elektronları düşük sıcaklıkta tutmayı başarır. Alıcı 2 watt’a kadar elektrik kullanırken, verici neredeyse hiç elektrik kullanmaz. Çeşitli ultra düşük güçlü iletişim sistemlerindeki alıcılar bununla karşılaştırılabilir.
Enerji kullanım kısıtlamaları olmayan bir baz istasyonu, elektriğin neredeyse tamamının tüketildiği yerdir.
Geri saçılım, dünya çapında çok sayıda araştırmacı tarafından incelenmekte olan pasif iletişim teknikleri için kullanılan ilgili bir terimdir. Veri verici cihazımız görünüş olarak bir geri saçılım veri vericisine benzemektedir. Aradaki fark, geri saçılımlı bir iletişim sisteminin veri vericisi ve veri alıcısına ek olarak radyo dalgası üreten üçüncü bir bileşeni de içermesidir. Veri vericisi, bu radyo dalgasının yansımasına neden olacak şekilde geçiş yapar ve alıcı bu dalgayı alır.
Bir geri saçılım cihazının enerji verimliliği bizim sistemimizle aynıdır, ancak geri saçılım kurulumu çok daha zordur çünkü sinyal üreten bir bileşen gereklidir.
Bununla birlikte, geleneksel telsizler ve geri saçılımlı telsizlerle karşılaştırıldığında, sistemimizin veri hızı ve menzili daha düşüktür. Gelecekteki çalışmalar, sistemimizin veri hızını ve menzilini artırmayı ve implante cihazlar gibi senaryolarda test etmeyi içerecektir. Yeni yaklaşımımız, hastayı implante cihazlar için güçlü bir harici radyo sinyaline maruz bırakmama avantajına sahiptir, bu da doku ısınmasına neden olabilir. Biyolojik bir dokudan veya diğer elektrikli bileşenlerden gelen termal gürültü de dahil olmak üzere diğer doğal sinyal kaynaklarının modülasyonunun mümkün olduğuna inanılan ek yeni iletişim türlerinin olasılığı daha da ilgi çekicidir.
Son olarak, bu yaklaşım iletişim çalışmaları ile ısı (termodinamik) çalışmaları (bilgi teorisi) arasında yeni bağlantılar kurulmasına neden olabilir. Her iki alan da sıklıkla karşılaştırılabilir olarak görülse de, bu araştırma aralarında bazı daha doğrudan bağlantılar olduğunu öne sürmektedir.
Kaynak: interestingengineering
