Oh mein Gott! Ich habe gerade herausgefunden, dass ich Objekte fernsteuern kann.

Stellen Sie sich vor, Sie könnten wie der Protagonist in einem Science-Fiction-Film einfach ein Signal aussenden und weit entfernte Objekte dazu bringen, auf Ihren Willen zu reagieren. Was für eine begehrenswerte Szene das wäre! Vielleicht haben Sie auch schon einmal davon geträumt, der Protagonist eines Fantasy-Romans zu sein, in dem magische Waffen automatisch reagieren und alles mit nur einem Gedanken steuern können.

Obwohl diese magischen Fähigkeiten in der Realität derzeit nur schwer zu erreichen sind, sind ihre „einfachen Versionen“ überall zu finden – wenn Sie beim Anschauen der Frühlingsfest-Gala den Kanal wechseln und die Lautstärke regeln möchten, nehmen Sie einfach die Fernbedienung heraus und drücken eine Taste. Beim Spielen mit ferngesteuerten Autos mit Kindern können Sie das Auto mit der Lenkung oder dem Mobiltelefon nach Belieben bewegen. Sogar Ärzte, die Tausende von Kilometern entfernt sind, können Sie operieren, indem sie chirurgische Instrumente fernsteuern. Bei diesen mittlerweile alltäglich gewordenen Technologien handelt es sich ausschließlich um drahtlose Fernbedienungen .

Der Kern der drahtlosen Fernsteuerungstechnologie besteht darin, ein Signal zu senden, um den internen Mechanismus eines Objekts zu stimulieren, sodass es autonom reagieren und vorgegebene Aktionen ausführen kann. Diese Technologie ermöglicht es uns nicht nur, die Magie von Wissenschaft und Technologie in unserem täglichen Leben zu spüren, sondern ermöglicht uns auch, den Traum „Alles folgt dem Verstand“ bis zu einem gewissen Grad zu verwirklichen.

Was genau ist also drahtlose Fernbedienungstechnologie? Wie funktioniert es? Lassen Sie uns heute darüber sprechen.

Der Ursprung der drahtlosen Fernbedienung

Die Ursprünge der drahtlosen Fernbedienungstechnologie lassen sich bis zum Ende des 19. Jahrhunderts zurückverfolgen. Im Jahr 1893 demonstrierte der Elektrotechnik-Zauberer Nikola Tesla in St. Louis, Missouri, USA, die erste öffentliche Funkverbindung. Im Jahr 1898 führte Tesla im See des New Yorker Central Parks ein Experiment mit einem ferngesteuerten automatisierten Boot durch, das ein großer Erfolg war.

Das ferngesteuerte Boot von Tesla kann die Drehrichtung des Motors steuern und den Winkel des Ruders anhand der von der Fernbedienung empfangenen Funkwellen anpassen. Teslas Erfindung wurde vom damaligen Publikum als eine Art Zauberei angesehen, da sie in der Lage war, ein Schiff ohne sichtbare Verbindung zu steuern.

Bild von Teslas ferngesteuertem Boot aus Wiki

Teslas ferngesteuertes Boot war damals eine revolutionäre Technologie. Es demonstrierte nicht nur das Potenzial elektromagnetischer Impulse in drahtlos gesteuerten Geräten, sondern lieferte auch Inspiration für die spätere Entwicklung der drahtlosen Kommunikationstechnologie. Diese Technologie wurde später in verschiedenen Branchen wie dem Militär, der Unterhaltungsindustrie und der Verbraucherelektronik breit eingesetzt.

Das Aufkommen der Fernbedienung

Im zivilen Bereich werden ständig verschiedene drahtlose Fernsteuerungstechnologien weiterentwickelt und eingesetzt. Im Jahr 1956 entwickelte Robert Adler die Ultraschallfernbedienung, mit der sich Fernsehkanäle und Lautstärke mithilfe von Ultraschall regeln ließen. Ab 1980 begannen Infrarot-Fernbedienungen nach und nach die Ultraschall-Fernbedienungen zu ersetzen. Im Jahr 2007 brachte Sony die RF-Fernbedienung (Radiofrequenz) auf den Markt und verbesserte damit den Bedienkomfort der Fernbedienung noch weiter.

Die Infrarot-Fernbedienung verwendet Nahinfrarotlicht mit einer Wellenlänge zwischen 0,76 und 1,5 μm zur Übertragung von Steuersignalen. Normalerweise sendet es Infrarotlicht über eine Infrarot-Leuchtdiode aus und empfängt das Signal und dekodiert es über eine Infrarot-Empfangsdiode. Da Infrarot die Vorteile einer guten Richtwirkung und einer starken Entstörungsfähigkeit bietet, wird es häufig zur Fernsteuerung von Haushaltsgeräten wie Fernsehern und Klimaanlagen verwendet.

Die RF-Funkfrequenzfernbedienung verwendet Funkwellen zur Signalübertragung. Zu den häufig verwendeten Frequenzen gehören 315 MHz und 433 MHz. Es moduliert das Steuersignal auf das HF-Signal und überträgt es, das dann vom Empfänger demoduliert und dekodiert wird. Radiowellen können sich durch einige Hindernisse hindurch ausbreiten und haben eine stärkere Durchdringungsfähigkeit und größere Übertragungsdistanz.

Mit der Zeit geben sich die Menschen jedoch nicht mehr damit zufrieden, verschiedene Fernbedienungen zur Steuerung anderer Objekte zu verwenden und stellen immer höhere Ansprüche an Leichtigkeit und Komfort. Im Vergleich zu anderen drahtlosen Fernbedienungstechnologien bieten Bluetooth- und Wi-Fi-Technologien eine höhere Integration, höhere Übertragungsgeschwindigkeit und eine stabilere Verbindungsleistung. Sie ermöglichen eine drahtlose Verbindung und Steuerung zwischen Geräten über Bluetooth-Module oder Wi-Fi-Module. Daher wird es häufig zur Fernsteuerung intelligenter Geräte wie Smartphones und Tablet-Computer verwendet.

Die Technologie der drahtlosen Fernbedienung spielt in jedem Bereich unseres täglichen Lebens eine unverzichtbare Rolle. Von der TV-Fernbedienung bis zum Smart-Home-System: Mit diesen kleinen Geräten können wir verschiedene Elektrogeräte in unseren Häusern ganz einfach steuern und den Komfort genießen, den die Technologie mit sich bringt.

Wie funktioniert eine drahtlose Fernbedienung?

Wie funktioniert also die drahtlose Fernbedienungstechnologie? Begeben wir uns auf diese erstaunliche Reise vom Senden der Anweisung bis zur präzisen Ausführung.

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Schritt 1: Befehlsgenerierung und -kodierung

Stellen Sie sich vor, Sie halten eine Fernbedienung in der Hand und drücken sanft eine Taste. In diesem Moment beginnt der Prozessor in der Fernbedienung zu arbeiten. Es empfängt Ihre Anweisungen und wandelt sie in eine einzigartige Folge digitaler Signale um. Diese Signale sind wie sorgfältig geschriebene „Geheimcodes“, und jede Zeichenfolge stellt eine bestimmte Operation dar, beispielsweise das Wechseln des Kanals, das Anpassen der Lautstärke oder das Einschalten des Lichts.

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Schritt 2: Signalübertragung und -diffusion

Anschließend müssen diese „geheimen“ Signale durch die Luft reisen, um das gesteuerte Gerät zu erreichen. Um dies zu erreichen, nutzt die Fernbedienung drahtlose Kommunikationstechnologien wie Infrarot oder Radiowellen. Ein Infrarotsignal ist wie das Licht einer Taschenlampe; Es bewegt sich in einer geraden Linie und muss direkt auf das Zielgerät gerichtet werden. Radiowellen sind flexibler; Sie können einige Hindernisse überwinden und ein größeres Gebiet abdecken. In jedem Fall fungieren diese Signale als unsichtbare Boten, die Ihre Anweisungen präzise an das Zielgerät übermitteln.

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Schritt 3: Signalempfang und -dekodierung

Wenn das Signal das Zielgerät erreicht, beginnt der Empfänger im Gerät sofort zu arbeiten. Es ist wie ein aufmerksamer Zuhörer, der immer bereit ist, die „geheimen Worte“ der Fernbedienung aufzufangen. Sobald das Signal empfangen wurde, wandelt der Empfänger es wieder in die ursprünglichen Befehlsinformationen um und sendet sie an das Gerät, um basierend auf diesen Anweisungen entsprechende Aktionen auszuführen, z. B. Kanäle wechseln, die Lautstärke anpassen oder Lichter einschalten.

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Schritt 4: Umsetzung und Feedback

In den meisten Fällen ist der Implementierungsprozess der drahtlosen Fernbedienungstechnologie einseitig. Das heißt, nachdem die Fernbedienung einen Befehl gesendet hat, führt das Zielgerät sofort den entsprechenden Vorgang aus, ohne eine Rückmeldung an die Fernbedienung zu senden. In einigen fortschrittlichen Systemen, beispielsweise Smart-Home-Systemen, können Geräte jedoch Statusaktualisierungen oder Bestätigungen an eine Fernbedienung oder einen zentralen Controller senden. Mithilfe dieser Informationen können Sie den aktuellen Status des Geräts verstehen oder bestätigen, ob der Befehl erfolgreich ausgeführt wurde.

Mit der Entwicklung des Internets der Dinge (IoT), der künstlichen Intelligenz (KI) und der 5G-Kommunikationstechnologie hat auch die Fernsteuerungstechnologie neue Veränderungen eingeleitet. Jetzt können wir verschiedene Geräte in unserem Zuhause, wie Lampen und Haushaltsgeräte, über Mobiltelefonanwendungen fernsteuern. Mithilfe fortschrittlicher Fernsteuerungstechnologie können wir sogar autonom fahrende Autos und Drohnen steuern, die Flugshows durchführen, was unser Leben angenehmer und interessanter macht.

Drahtlose Fernbedienungsszene für Smart Home. Von KI generiertes Bild

Fernbedienung, eine neue Richtung

Gehen wir also zurück zum Anfang. Haben Sie jemals daran gedacht, dass wir eines Tages in der Zukunft tatsächlich in der Lage sein werden, „Gedankenkontrolle“ zu erreichen? Die Antwort ist ja. Die Brain-Computer-Interface-Technologie (BCI) gilt als „Informationsautobahn“ für die Kommunikation des menschlichen Gehirns mit der Außenwelt. Es liest Gehirnströme und wandelt unsere Absichten in Anweisungen um, die an Computer oder andere Geräte übermittelt werden.

In den letzten Jahren hat die BCI-Technologie viele Durchbrüche erzielt. Im Jahr 2020 gelang es dem Team für Neurotechnik der Universität Tianjin, Drohnen mithilfe einer Gehirn-Computer-Schnittstelle zu steuern. Während des Experiments muss sich der Experimentator nur darauf konzentrieren, dass die Drohne Befehle wie Start, Landung und Drehung ausführt. Dieses gehirngesteuerte Drohnensystem ist nicht auf die Eingabe von Händen oder Sprache angewiesen, sondern verlässt sich zur Steuerung vollständig auf Gehirnsignale. Dies demonstriert nicht nur das Anwendungspotenzial der Brain-Computer-Interface-Technologie im Bereich der Fernsteuerung, sondern ermöglicht auch speziellen Gruppen einen angenehmeren Lebensstil, indem es beispielsweise Menschen mit eingeschränkten Gliedmaßen bei der Bedienung von Rollstühlen, Haushaltsgeräten oder Smart Homes unterstützt.

Am 5. Juli 2020 führte das Neuroengineering-Team der Universität Tianjin ein gehirngesteuertes Drohnenexperiment durch. Foto von der Nachrichtenagentur Xinhua (Foto von Song Rui)

Mit der Weiterentwicklung von Big Data und Algorithmen des maschinellen Lernens verbessert sich die Genauigkeit von BCI bei der Erkennung von Gehirnbefehlen weiter, und die Popularität von 5G und Netzwerken mit geringer Latenz macht die Fernsteuerung bequemer. In der Zukunft dürften Gehirn-Computer-Schnittstellen mit drahtloser Fernsteuerungstechnologie kombiniert werden, sodass wir Autos, Drohnen und sogar den gesamten Betrieb von Raumstationen durch „Gedanken“ steuern können. Chinas „Tiangong-2“-Experiment hat den ersten Schritt getan. Astronauten haben erfolgreich über eine Gehirn-Computer-Schnittstelle mit Geräten interagiert und damit eine neue Möglichkeit zur Fernsteuerung im Weltraum eröffnet.

BCI kann die Einschränkungen herkömmlicher drahtloser Fernbedienungen durchbrechen und den Komfort der Fernbedienung mit der Echtzeitnatur von Gedanken kombinieren. Die drahtlose Fernbedienung der Zukunft ist möglicherweise nicht mehr auf Fernbedienungen, Mobiltelefone und andere Geräte angewiesen, sondern wird auf intelligentere und nahtlosere Weise direkt mit unseren Gedanken verbunden sein. Diese Technologie wird nicht nur ein Werkzeug sein, sondern auch eine Erweiterung unserer Gedanken, wodurch die Magie der „Gedankenkontrolle“ Wirklichkeit wird.

Die drahtlose Fernbedienungstechnologie ist wie ein Schlüssel, der die magische Welt der „Steuerung von Objekten durch die Luft“ öffnet. Es ermöglicht uns, verschiedene Geräte einfach zu steuern und den Komfort und Spaß zu genießen, den die Technologie mit sich bringt. Und ich bin überzeugt, dass es mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie in Zukunft noch mehr magische Anwendungen geben wird, die darauf warten, von uns entdeckt und erforscht zu werden!

Hier, benutzen Sie bitte Ihren Verstand. Wenn „Gedankenkontrolle“ möglich wäre, wofür würden Sie sie am liebsten einsetzen?

Verweise

[1] Sun Zhenping. Unbemanntes Kampfsystem[M]. Veröffentlicht von: National University of Defense Technology Press, 2023.

[2] Pfurtscheller, G. & Neuper, C. (2001). Motorische Vorstellungskraft und direkte Gehirn-Computer-Kommunikation[J]. Proceedings of the IEEE, 89(7), 1123-1134.

[3] Nachrichtenagentur Xinhua. „Gedankenkontrolle“ kommt wirklich … [EB/OL]. (05.02.2021) https://xhpfmapi.zhongguowangshi.com/vh512/share/9748145?channel=weixin

[4] Chinesische Radioverwaltung. Prinzipien der drahtlosen Fernbedienung [EB/OL]. https://www.srrc.org.cn/article13464.aspx

Planung und Produktion

Autor: Lin Hao, Doktorand am Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Rezension von Liang Zhongwei, Prodekan der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Universität Guangzhou

Planung – Ding Zong

Herausgeber: Ding Zong

Korrekturgelesen von Xu Lai und Lin Lin