В США придумали беспроводную связь без радио — на первый взгляд она нарушает законы физики
Группа американских учёных разработала модель беспроводной связи, которая работает без привычного радиосигнала, используя тепловой шум. На первый взгляд, она даже нарушает второй закон термодинамики, запрещающий получать полезную работу за счёт тепла без соответствующего воздействия на окружающую среду. Открытие поможет создать каналы связи там, где использование радио невозможно или нежелательно.
Тепловой шум — это случайные колебания напряжения, возникающие из-за теплового движения электронов в проводниках. Он присутствует всегда, и для его возникновения не нужно тратить дополнительную энергию.
Учёные задались вопросом, можно ли использовать тепловой шум для передачи информации на расстояние без активного радиосигнала. Такой подход нашёл бы применение в случаях, когда любые радиопомехи нежелательны, например рядом с медицинским оборудованием, в радиоастрономии и во многих других областях.
Для эксперимента был создан передатчик с антенной, который переключался между двумя электрическими состояниями: разомкнутой и замкнутой цепью. Каждому состоянию соответствовал один из двоичных символов — 0 или 1. Переключение изменяло свойства антенны как отражателя: она по-разному взаимодействовала с тепловым шумом, характеристики которого различались в зависимости от того, была цепь разомкнута или замкнута. При этом все компоненты приёмника и передатчика имели примерно одинаковую температуру.
Полное сопротивление цепи передатчика менялось при переключении, нарушая согласование его антенны с приёмником. Последний фиксировал это изменение в виде слабого электромагнитного сигнала, генерируемого, по сути, тепловым шумом. Нарушения второго закона термодинамики в этой разработке нет, так как некоторое количество энергии расходуется на переключение цепей передатчика, кодирование информации и работу цепей приёмника.
Исследователи построили математическую модель канала связи, описывающую, как электрические характеристики передатчика влияют на принимаемый шум и возможность различать переданные биты. На основе этой модели можно создавать практические решения. Используя разработанную модель, команда оптимизировала экспериментальную систему и увеличила скорость передачи данных в 100 раз по сравнению с предыдущими демонстрациями этого подхода.
Возможные области применения включают автономные датчики окружающей среды, системы радиочастотной идентификации и оборудование, чувствительное к электромагнитным помехам. Передача информации с использованием теплового шума может потреблять до 1000 раз меньше энергии, чем передача с активным радиосигналом.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал, чтобы быть в курсе всех новостей и событий Рунета.
