البلوتوث حساس ويستهلك طاقة… ولم يعد ضروريًا

While Bluetooth technology has been around for ages, it is only in the past decade that the underlying technology has advanced to the point where it has become commonplace.  From phones to cars, speakers, and more – Bluetooth is everywhere.  Its development marked a significant advancement in wireless communication, shaping how we interact with technology in our daily lives.  However, this may soon change with the development of a تقنية جديدة by researchers at the University of Sussex that promises to be more energy-efficient and requires a smaller footprint inside electronic devices through the use of electric field modulation.

فهم البلوتوث

Before diving into electric field modulation and the benefits it can afford, it is important to understand what Bluetooth is, and how it works.

ما هو البلوتوث؟

البلوتوث هو تقنية لاسلكية تمكّن من تبادل البيانات على مسافات قصيرة. سُمي على اسم هارالد البلوتوث، الملك الدنماركي النرويجي في القرن العاشر، رمزًا لنية التقنية في توحيد بروتوكولات الاتصال.

إريكسون، شركة سويدية للاتصالات، بدأت تطوير البلوتوث في عام 1994 في محاولة لإنشاء بديل لكابلات البيانات RS-232. لم يظهر البلوتوث في جهاز استهلاكي حتى عام 1999.

الإصدارات الأولية للبلوتوث، مثل 1.0 و1.0B، كانت تعاني من مشاكل كبيرة، بما في ذلك عدم وجود تواصل بين الأجهزة. لم يتحسن الوضع إلا مع البلوتوث 4.0، الذي صدر في عام 2010، حيث حصلت التقنية على الصقل اللازم لتصبح شائعة في الإلكترونيات اليومية.

على مر السنين، أصبح البلوتوث موجودًا في جميع أنواع الأجهزة، بما في ذلك الهواتف الذكية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والسماعات، وأنظمة السيارات، للأنشطة مثل نقل الملفات، وبث الصوت، وكوسيلة لتواصل أجهزة إنترنت الأشياء (IoT). ومع ذلك، تعرض استخدامه للانتقادات بسبب هشاشته في الاتصال والاقتران واستهلاكه العالي للطاقة مقارنةً بالتقنيات اللاسلكية الأخرى، خاصة في إصداراته السابقة.

مع تقدم التكنولوجيا، ظهرت بدائل مثل Wi‑Fi Direct، NFC (الاتصال القريب)، والآن تعديل المجال الكهربائي، التي تقدم معدلات نقل بيانات أسرع واتصالات أكثر موثوقية لحالات استخدام محددة. أدى هذا التطور إلى مناقشات حول تراجع ضرورة البلوتوث في عالم تتوفر فيه تقنيات اتصال لاسلكية أكثر كفاءة وموثوقية.

كيف يعمل؟  تعديل كهرومغناطيسي

التعديل الكهرومغناطيسي هو تقنية أساسية تُستخدم في الاتصالات اللاسلكية، بما في ذلك البلوتوث، لنقل المعلومات عبر الموجات الكهرومغناطيسية. بالنسبة للبلوتوث، يتضمن ذلك ترميز المعلومات الرقمية على موجات الراديو في نطاق 2.4 غيغاهرتز الصناعي والعلمي والطبي (ISM).

بشكل أساسي، يعمل البلوتوث عن طريق إرسال البيانات عبر الهواء باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية. يتم ذلك عن طريق تعديل (تغيّر) هذه الموجات بطرق مختلفة لحمل المعلومات. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التغييرات التي يمكن إجراؤها:

1. تعديل السعة (AM): تغيير ارتفاع (سعة) الموجات.
2. تعديل التردد (FM): تغيير التباعد (التردد) بين الموجات.
3. تعديل الطور (PM): تغيير نقطة البداية (الطور) للموجات.

• تشفير تردد غاوسي (GFSK): هذه هي الطريقة الأساسية التي يرسل بها البلوتوث البيانات. يغيّر تردد الموجة بشكل طفيف لتمثيل البيانات الرقمية، وهي طريقة مستقرة وفعّالة.
• معدل البيانات المحسّن (EDR): يُستخدم في إصدارات البلوتوث الأحدث لإرسال البيانات بسرعة أكبر. يجمع بين GFSK وطرق متقدمة لتعديل الطور، مما يسمح بإرسال المزيد من البيانات في نفس الوقت.
• القفز الترددي: يغيّر البلوتوث تردده بنمط معروف لكلا الجهازين المرسل والمتلقي. يجعل ذلك الاتصال أكثر أمانًا وأقل عرضة للتشويش من الأجهزة الأخرى.

ببساطة، يتضمن التعديل الكهرومغناطيسي في البلوتوث تغيير تردد أو طور أو سعة موجات الراديو لنقل البيانات. يتحقق ذلك عبر طرق مثل GFSK والأنظمة المحسّنة في EDR، مع الاستفادة من القفز الترددي لتحسين الأمان ومقاومة التداخل.

فهم تعديل المجال الكهربائي

الآن بعد أن خصصت وقتًا لتعلم نشأة البلوتوث وآلياته الداخلية التي تعتمد على التعديل الكهرومغناطيسي، يمكنك الحصول على فهم أفضل للبديل المحتمل له.

ما هو تعديل المجال الكهربائي؟

كما ذُكر سابقًا، هناك مناقشات جارية حول ضرورة البلوتوث في الأجهزة الحديثة. وهذا يقودنا إلى تعديل المجال الكهربائي.

تعديل المجال الكهربائي هو تقنية جديدة تم تطويرها وتُعرض على الشركات المصنعة من قبل الأستاذين روبرت برانس ودانييل روجن في جامعة ساسكس. إذا كان تفسير هذا الفريق صحيحًا، قد يمثل تعديل المجال الكهربائي قفزة كبيرة إلى الأمام في تقنية نقل البيانات اللاسلكية – قد يحل محل التعديل الكهرومغناطيسي التقليدي المستخدم في البلوتوث، Wi‑Fi، و5G. يعتمد نهج الفريق على موجات كهربائية قصيرة المدى لنقل البيانات، وهي أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة مقارنة بالموجات الكهرومغناطيسية.

من منظور تقني أكثر، يختلف تعديل المجال الكهربائي بشكل كبير عن نظيره الكهرومغناطيسي من حيث التحكم في تغيرات الحقول الكهربائية بدلاً من ترميز البيانات على الموجات الكهرومغناطيسية. الحقول الكهربائية، التي هي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي، تُنشأ بواسطة الشحنات الكهربائية ويمكنها التأثير على الشحنات الأخرى في جوارها. من خلال تعديل هذه الحقول، يمكن نقل البيانات بين الأجهزة القريبة. يشير الفريق إلى أن نظامهم المبكر \”… قادر على نقل صوت أحادي 8‑bit بمعدل عينة 16 kHz (128 kbps) مع معدل خطأ بت أقل من 10 ^−6.7 على مسافة 50 cm، وأقل من 10 ⁻⁴ على مسافة 75 cm\”

تجعل قيود القرب لتعديل المجال الكهربائي هذه التقنية مناسبة بشكل خاص للأجهزة الشخصية والقابلة للارتداء لأنها غالبًا ما تكون قريبة من ما تتفاعل معه. يشير الباحثون إلى أن هذا النهج يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة، مما يطيل عمر بطارية الأجهزة.

“يمكن لهذا التطور أن يطور طريقة استخدامنا للتقنية في حياتنا اليومية ويُطوّر مجموعة واسعة من التطبيقات المستقبلية أيضًا. على سبيل المثال، يمكن لسوار يستخدم هذه التقنية تمكين تبادل أرقام الهواتف ببساطة عن طريق مصافحة اليدين أو فتح باب بمجرد لمس المقبض.”

ما الذي يجعله متفوقًا؟

عند التعليق على تفوق هذه التقنية، صرّح دانييل روجن، أستاذ الهندسة والتصميم في جامعة ساسكس، قائلًا،

“لم نعد بحاجة إلى الاعتماد على التعديل الكهرومغناطيسي، الذي يستهلك البطارية بشكل كبير. يمكننا تحسين عمر بطارية التكنولوجيا القابلة للارتداء ومساعدات المنزل، على سبيل المثال، باستخدام تعديل المجال الكهربائي بدلاً من البلوتوث. هذا الحل لن يجعل حياتنا أكثر كفاءة فحسب، بل يفتح أيضًا فرصًا جديدة للتفاعل مع الأجهزة في المنازل الذكية.”

من المهم الإشارة إلى أنه على مر السنين، كانت هناك العديد من التقنيات التي كانت مكلفة للغاية لتصبح عملية، مما أعاق اعتمادها على نطاق واسع. إذا كان فريق تعديل المجال الكهربائي على حق، فلن تكون هذه التقنية واحدة من تلك. بل، يذكر روجن قائلًا أن،

“التقنية منخفضة التكلفة أيضًا، مما يعني أنه يمكن نشرها في المجتمع بسرعة وسهولة. إذا تم إنتاجها على نطاق واسع، يمكن تصغير الحل إلى شريحة واحدة وتكلفتها بضعة بنسات فقط لكل جهاز، مما يعني أنه يمكن استخدامها في جميع الأجهزة في المستقبل القريب.”

الخلاصة هي أن تعديل المجال الكهربائي قد يغير طريقة ربط أجهزتنا في السنوات القادمة. إنه يقدم طريقة منخفضة الطاقة، فعّالة، وبديهية لنقل البيانات، خاصة في السيناريوهات التي تكون فيها الأجهزة على مقربة من بعضها البعض. يعد هذا التقدم بتمديد عمر البطارية، خفض التكاليف، وتمكين أشكال جديدة من التفاعل مع التقنية.

علاوة على ذلك، تجعل التكلفة المنخفضة وإمكانية التصغير هذه التقنية بديلًا عمليًا وقابلًا للتوسع. تضع هذه الصفات تعديل المجال الكهربائي كخيار متفوق للأجهزة الشخصية وأجهزة المنزل الذكي، واعدًا بتفاعل مستخدم محسّن مع الحفاظ على الطاقة. ببساطة، في معظم الحالات، هذه التقنية أكثر تكلفة معقولة، مرونة، وكفاءة من البلوتوث.

تطبيقات واقعية

كما ذُكر، تقنية تعديل المجال الكهربائي، بنهجها المبتكر لنقل البيانات، لديها القدرة على إحداث ثورة في جوانب مختلفة من حياتنا اليومية. بعض التطبيقات الواقعية الأكثر احتمالًا تشمل:

• التكنولوجيا القابلة للارتداء: يمكن للأجهزة مثل متتبعات اللياقة والساعات الذكية التواصل بشكل أكثر كفاءة مع الهواتف الذكية، مما يعزز عمر البطارية بشكل كبير.
• التفاعل مع المنزل الذكي: يمكن لهذه التقنية أن تسمح للمستخدمين بالتفاعل مع الأجهزة المنزلية بطريقة بديهية، مثل تشغيل الأضواء أو ضبط منظمات الحرارة بمجرد لمسها.
• التواصل الاجتماعي والمهني: يمكن أن يصبح تبادل المعلومات الرقمية، مثل تفاصيل الاتصال أو ملفات التعريف على وسائل التواصل الاجتماعي، أسهل، وربما من خلال إجراءات بسيطة مثل المصافحة.
• تطبيقات الأمان: يمكن أن تصبح أنظمة الدخول بدون مفتاح أكثر ملاءمة وأمانًا، حيث تُفتح الأبواب بمجرد لمس المقبض، مما يلغي الحاجة إلى المفاتيح الفعلية أو الرموز الأمنية المعقدة.

تُظهر هذه التطبيقات إمكانات تعديل المجال الكهربائي لدمج التقنية بسلاسة في تفاعلاتنا اليومية، مما يجعلها أكثر طبيعية وكفاءة في استهلاك الطاقة.

اللاعبون في الصناعة

في حين أنه من غير الواضح ما إذا كان أي من المصنعين الكبار يراقب تعديل المجال الكهربائي في الوقت الحالي، هناك عدد قليل من القادة الواضحين في عالم تقنيات الاتصالات اللاسلكية. فيما يلي أمثلة على ذلك.

*الأرقام المذكورة أدناه كانت دقيقة وقت كتابة المقال وقد تتغير.  يجب على أي مستثمر محتمل التحقق من المقاييس*

1.  NXP Semiconductors

شركة NXP Semiconductors (VNX.DE ) (NXPI ) ، وهي شركة هولندية لتصنيع أشباه الموصلات، تُعد بارزة بفضل محفظتها الواسعة في تقنيات الاتصالات اللاسلكية. تقدم منتجات تشمل Bluetooth Low Energy، Wi‑Fi، NFC، وUltra‑Wideband لتطبيقات متنوعة في قطاعات السيارات، إنترنت الأشياء، والمنزل الذكي. تُسهم تقنياتها في تحديد المواقع بدقة، التحكم اللاسلكي، ومعايير الاتصال مثل بروتوكول Matter. توسيع قدرات NXP في مجال الاتصالات اللاسلكية جاء من خلال استحواذها على أصول الاتصالات اللاسلكية لشركة Marvell في عام 2019. تُستخدم حلولها في قطاعات متعددة، بما في ذلك إنترنت الأشياء الصناعي، والطب، والإلكترونيات الاستهلاكية.

2.  Broadcom Inc.

AVGO مخطط السعر

شركة Broadcom Inc. (AVGO ) هي رائدة عالمية في مجال أشباه الموصلات، تخدم بنية التحتية السلكية، الاتصالات اللاسلكية، تخزين المؤسسات، والأسواق الصناعية. كشركة أمريكية متعددة الجنسيات، تقوم بتصميم، تطوير، تصنيع، وتوريد مجموعة واسعة من منتجات أشباه الموصلات وبرمجيات البنية التحتية. تشمل محفظة منتجات Broadcom الواسعة أجهزة CMOS الرقمية والمعقدة ذات الإشارة المختلطة، منتجات تناظرية من فئة III‑V، محولات التخزين، المتحكمات، والدوائر المتكاملة. تعمل الشركة في قطاعين رئيسيين: حلول أشباه الموصلات وبرمجيات البنية التحتية. ومن الجدير بالذكر أن Broadcom تساهم بشكل كبير في قطاع التكنولوجيا اللاسلكية من خلال مكونات أساسية للاتصالات اللاسلكية.

3.  Intel Corporation

INTC مخطط السعر

شركة Intel (INTC ) Corporation، وهي شركة تكنولوجيا متعددة الجنسيات أمريكية، تُعد واحدة من أكبر مصنعي شرائح أشباه الموصلات في العالم. تأسست في عام 1968، وكانت Intel رائدة في تطوير شرائح الذاكرة SRAM وDRAM وأنشأت أول شريحة معالج تجاري في العالم عام 1971. نجاحها مع الحواسيب الشخصية في الثمانينات حول تركيزها أساسًا إلى المعالجات الدقيقة. تُزود Intel المعالجات الدقيقة لمعظم مصنعي أنظمة الحواسيب، وتنتج أيضًا مجموعات شرائح اللوحات الأم، ووحدات تحكم واجهة الشبكة، والدوائر المتكاملة، وذاكرة الفلاش، ورقائق الرسوميات. في السنوات الأخيرة، واجهت Intel منافسة متزايدة، خاصة من AMD، مما أدى إلى انخفاض حصتها السوقية ودفعها لمحاولات تنويع أعمالها بعيدًا عن أشباه الموصلات.

الإشارات البارزة

أفكار ختامية

بشكل عام، يمثل تطور تقنية الاتصالات اللاسلكية، من البلوتوث إلى تعديل المجال الكهربائي، قفزة كبيرة في طريقة تفاعلنا مع العالم من حولنا. بينما وضع البلوتوث أساسًا صلبًا للاتصالات الرقمية قصيرة المدى، يعتقد فريق الباحثين المطورين لتعديل المجال الكهربائي أنه على وشك إعادة تعريف هذه التفاعلات، مقدمًا كفاءة طاقة أكبر وتجربة مستخدم أكثر بديهية.

هذا الانتقال لا يسلط الضوء فقط على السرعة المتزايدة للتقدم التكنولوجي، بل يفتح أيضًا إمكانيات جديدة لدمج التقنية في حياتنا اليومية بسلاسة واستدامة. يبدو أن مستقبل الاتصالات اللاسلكية سيكون أكثر كفاءة، أكثر بديهية، ومندمجًا بعمق في نسيج تفاعلاتنا اليومية.