该实验装置展示了一种超低功耗无线通信设备，未来可用于微型远程传感器。Zerina Kapetanovic，CC BY-ND
一种新的超低功耗通信方法乍一看似乎违反了物理定律。只需打开和关闭连接电阻器和天线的开关，就可以无线传输信息。无需向天线输送电力。
我们的系统与从环境中获取能量的技术相结合，可以实现各种传输数据的设备，包括微型传感器和植入式医疗设备，而无需电池或其他电源。这些设备包括用于智能农业的传感器、无需更换电池的植入式体内的电子设备、更好的非接触式信用卡，甚至可能是卫星通信的新方式。
除了拨动开关所需的能量外，传输信息不需要任何其他能量。在我们的例子中，开关是一个晶体管，一个没有移动部件的电控开关，消耗的电量极小。
在最简单的普通无线电中，开关用于连接和断开强电信号源（可能是每秒产生 20 亿次波动的正弦波的振荡器）与发射天线之间的连接。当信号源连接时，天线会产生无线电波，表示 1。当开关断开时，没有无线电波，表示 0。
我们证明了供电信号源是不必要的。相反，由于电子的热驱动运动，所有导电材料中都存在随机热噪声，它可以代替驱动天线的信号。
没有免费的午餐
我们是研究无线系统的电气工程师。在同行评审我们关于这项研究的论文（最近发表在《美国科学院院刊》上）时，评审人员要求我们解释为什么该方法没有违反热力学第二定律，这是解释永动机为何不可能实现的主要物理学定律。
永动机是一种理论上的机器，可以无限期地工作，而无需任何外部能源。评论者担心，如果可以在没有供电组件的情况下发送和接收信息，并且发射器和接收器的温度相同，那就意味着你可以制造一台永动机。因为这是不可能的，这意味着我们的工作或我们对它的理解有问题。
室温电阻器内自然移动的电子会影响连接天线中的电子，从而使天线产生无线电波。连接和断开天线会产生二进制信号的 1 和 0。Zerina Kapetanovic，CC BY-ND
第二定律的一种表述方式是，热量只会从较热的物体自发流向较冷的物体。来自发射器的无线信号传输热量。如果在两者之间没有温差的情况下，信号从发射器自发流向接收器，那么你可以利用这种流动来获得自由能，这违反了第二定律。
解决这一看似矛盾的方法是，我们系统中的接收器是供电的，其作用类似于冰箱。供电放大器有效地使接收端的信号载流电子保持低温，类似于冰箱通过不断泵出热量来保持内部低温。发射器几乎不消耗任何功率，但接收器消耗大量功率，高达 2 瓦。这与其他超低功耗通信系统中的接收器类似。几乎所有的功耗都发生在没有能源使用限制的基站。
一种更简单的方法
全球许多研究人员一直在探索相关的被动通信方法，即背散射。背散射数据发射器看起来与我们的数据发射器设备非常相似。不同之处在于，在背散射通信系统中，除了数据发射器和数据接收器之外，还有第三个组件可以产生无线电波。数据发射器执行的切换具有反射无线电波的效果，然后在接收器处拾取。
反向散射设备的能效与我们的系统相同，但反向散射设置要复杂得多，因为需要信号生成组件。然而，我们的系统的数据速率和范围比反向散射无线电或传统无线电都要低。
下一步是什么
未来工作的一个领域是提高我们系统的数据速率和范围，并在植入设备等应用中对其进行测试。对于植入设备，我们的新方法的一个优点是不需要让患者暴露在强烈的外部无线电信号中，这会导致组织发热。更令人兴奋的是，我们相信相关的想法可以实现其他新的通信形式，其中可以调制其他自然信号源，例如来自生物组织或其他电子元件的热噪声。
最后，这项研究可能会在热学（热力学）和通信学（信息论）之间建立新的联系。人们通常认为这两个领域类似，但这项研究表明它们之间存在一些更为直接的联系。