Один из прототипов, разработанных в Microsoft Research
Электронная бумага (e-ink) широко используется в электронных книгах. Благодаря сверхнизкому энергопотреблению простенькие чёрно-белые «читалки» месяцами работают от одной зарядки. На солнце текст читается лучше, чем на самом дорогом планшете.
Cверхнизкое энергопотребление — великолепное преимущество электронной бумаги. Может быть, его можно использовать не только для электронных читалок, но и в производстве других гаджетов? Ведь если подключить к дисплею обычный фотоэлемент, то прибор вообще не нуждается во внешних источниках питания на протяжении всего срока эксплуатации. Когда дисплей оснащён Bluetooth, то вообще отлично.
В принципе, эти приборы могут быть полезны как своеобразные информационные дисплеи, встроенные в окружающую среду. Такие «ситуативные» устройства действительно удобны во многих областях. Например, как ежедневники и «напоминалки» о событиях, вместо жёлтых наклеек Post-it на мониторе или на стене.
Маленький дисплейчик на стене рядом со столом готов постоянно показывать актуальную информацию из интернета — например, сообщать о температуре воздуха за окном или напоминать о текущем балансе сберегательного счёта. Он отлично выполняет функцию информера, показывает важную информацию из логов сервера. Например, количество пользователей онлайн или текущую статистику. Только часто обновляться не сможет, да это не всегда требуется.
Ещё один прототип
Казалось бы, технология хорошо изученная, освоенная. Спрос на такие приборы определённо существует. По какой-то причине даже в самых богатых китайских магазинах такие устройства представлены слабо либо не представлены вообще. Почему так? Непонятно.
Вероятно, здесь существует какая-то проблема с удобством интерфейсов. Дизайнеры не могут угадать вкусы людей, разработать такие устройства, которые лучше всего вписываются в интерьер и удовлетворяют нужды пользователей. Чтобы гаджеты были удобными и красивыми. На помощь китайцам в решении этой задаче пришли инженеры из научно-исследовательского подразделения Microsoft Research. Они провели немалую исследовательскую работу — и опубликовали отчёт с примерами прототипов удобных ситуативных дисплеев, сделанных на технологии электронных чернил, с фотоэлементами и Bluetooth-приёмниками.
По мнению инженеров, именно такое сочетание может представлять перспективную возможность для массового производства. Это маленький дисплей, фотоэлемент для извлечения энергии из окружающей среды (рассеянного освещения в офисе или жилом помещении) и модуль связи на стандарте Bluetooth Low Energy (BLE).
Аппаратное устройство подобного устройства показано на фотографии. Фотоэлемент с прикреплённой тонкоплёночной литий-полимерной батареей (слева), дисплей низкого разрешения на обычной печатной плате (по центру) и пластиковая крышка, которая скрепляет элементы вместе (справа). Крышка напечатана на 3D-принтере.
Пиксели дисплейчиков от Microsoft выглядят следующим образом.
Как показали испытания, заряда прототипов хватает, чтобы делать одну операцию (скачивание контента + обновление экрана) каждые 25 минут в условиях искусственного освещения или каждую минуту в условиях естественного освещения.
Возможно, эти показатели получится улучшить, если использовать более качественные фотоэлементы и более экономичную электронику. Современные фотоэлементы способны генерировать до 100 мкВт/см2 в помещении и до 100 000 мкВт/см2 под прямым солнечным светом. Из-за потерь конверсии реальная электрогенерация в существующих устройствах колеблется от 1 до 20 мкВт/см2 в помещении до 1100 мкВт/см2 на улице. Инженерам Microsoft не удалось добиться рекордных показателей, так что их прототипы выдают 0,7 мкВт/см2 на столе в помещении и 8 мкВт/см2, будучи прикреплёнными на стекле. В принципе, это не так уж и мало. Некоторые другие приборы с фотоэлементами генерируют ещё меньший поток в расчёте на квадратный сантиметр.
Архитектура прототипа показана на блок-схеме, с мощностью электрического тока между всеми модулями.
Судя по всему, это первый случай, когда фоновое освещение в комнате используется как единственный источник энергии для питания компьютерного дисплея. Раньше фотоэлементы применяли только для более узкофункциональных устройств. Прототипы устройств от Microsoft пока находятся в стадии ранней разработки, о перспективах коммерческого производства ничего не сообщается.
Кроме фотонов, в окружающем пространстве много других потенциальных источников энергии. Например, человеческое тело генерирует тепло, электричество и кинетическую энергию. Кроме того, это вибрации стекла, стен и пола, энергия радиоволн (своих и соседских маршрутизаторов WiFi), звуковые волны, воздушные потоки и др. Всё это можно собирать и использовать в электронных устройствах слабой мощности, в том числе, в разных типах сенсоров. «Вечные» устройства без внешнего питания идеально подходят для установки скрытого прослушивания, если нет возможности примонтировать «жучок» в установленный электроприбор.
Если дисплейчики от Microsoft будут достаточно дешёвыми, то их действительно можно повсеместно использовать как интерактивные наклейки Post-it. В демонстрационном видеоролике показана программа для коммуникации с «наклейками» по Bluetooth с планшета или смартфона.
Отчет опубликован в открытом доступе (doi: 10.1145/2984511.2984513).
Автор: alizar
