天啊嚕！剛發(fā)現(xiàn)原來我早就能做到“隔空馭物”了

想象一下，如果你能夠像科幻電影中的主角那樣，只需發(fā)出一個(gè)信號(hào)，就能讓遠(yuǎn)處的物品響應(yīng)你的意志而動(dòng)，這是多么令人向往的場(chǎng)景！或許你也曾夢(mèng)想成為玄幻小說里的主角，只需心念一動(dòng)，法寶便能自動(dòng)響應(yīng)，駕馭萬物。

雖然這些神奇的能力在現(xiàn)實(shí)中暫時(shí)難以實(shí)現(xiàn)，但其“簡(jiǎn)單版”隨處可見——看春晚的時(shí)候想換個(gè)臺(tái)調(diào)調(diào)音量，掏出遙控器按一下就行。而陪小朋友玩遙控車，操作手柄或手機(jī)就能讓車子按照你的心意移動(dòng)。甚至千里之外的醫(yī)生也能通過遠(yuǎn)程遙控手術(shù)器械為你進(jìn)行手術(shù)。這些已經(jīng)司空見慣的技術(shù)，都是無線遙控。

無線遙控技術(shù)的核心在于，通過發(fā)送一個(gè)信號(hào)，激發(fā)物體內(nèi)部的機(jī)制，使其能夠自主響應(yīng)并執(zhí)行預(yù)定的動(dòng)作。這種技術(shù)不僅讓我們?cè)谌粘Ｉ钪懈惺艿搅丝萍嫉哪Я?，也讓我們?cè)谀撤N程度上實(shí)現(xiàn)了“心念一動(dòng)，萬物隨行”的夢(mèng)想。

那么，無線遙控技術(shù)究竟是什么呢？它的工作原理又是怎樣的呢？今天咱們就來聊一聊。

無線遙控的起源

無線遙控技術(shù)的起源可以追溯到19世紀(jì)末。1893年，電學(xué)奇才尼古拉·特斯拉在美國(guó)密蘇里州圣路易斯首次公開展示了無線電通信。1898年，特斯拉在紐約中央公園的湖里進(jìn)行了遙控自動(dòng)化小船的實(shí)驗(yàn)，取得極大成功。

特斯拉的遙控小船，能根據(jù)收到的遙控裝置發(fā)出的無線電波，控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，從而調(diào)整舵的角度。特斯拉的這項(xiàng)發(fā)明在當(dāng)時(shí)被觀眾稱為是一種魔法，因?yàn)樗軌蛟跊]有任何可見連接的情況下控制船只。

特斯拉的遙控船圖片來自wiki

特斯拉的遙控船在當(dāng)時(shí)是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，它不僅展示了電磁脈沖在無線控制設(shè)備中的潛力，而且為后來的無線通信技術(shù)的發(fā)展提供了靈感。這項(xiàng)技術(shù)后來被廣泛應(yīng)用于軍事、娛樂、消費(fèi)電子等各個(gè)行業(yè)。

第二次世界大戰(zhàn)期間，遙控技術(shù)在軍事領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，無人裝備和導(dǎo)彈的遠(yuǎn)程控制在戰(zhàn)爭(zhēng)中首次出現(xiàn)。二戰(zhàn)時(shí)期的遙控戰(zhàn)車，原理和今天民用的遙控玩具車、無人機(jī)一樣，也是通過手持操縱設(shè)備，有的用無線遙控通過無線電波傳輸信號(hào)，也有許多通過導(dǎo)線進(jìn)行有線遙控，遙控指令動(dòng)作。

1942年，博格瓦德IV號(hào)（BC4）遙控爆破車開始交付德軍，相比于歌莉婭這些有線遙控車輛，博格瓦德IV號(hào)在技術(shù)性能上已經(jīng)達(dá)到另一個(gè)等級(jí)。它采用有人駕駛和無線遙控操作相結(jié)合的模式，即日常里可使用駕駛員操作短程行軍。在抵達(dá)前線作戰(zhàn)時(shí)可改為無線遙控操作，控制車輛抵達(dá)預(yù)定區(qū)域釋放定時(shí)的爆炸物，然后車輛撤離危險(xiǎn)區(qū)域。這種裝備的設(shè)計(jì)想法一直沿用到了今天，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，遠(yuǎn)程遙控的無人裝備在戰(zhàn)場(chǎng)上不斷發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

二戰(zhàn)時(shí)期德國(guó)B4C型遙控爆破車。圖片來自wiki

遙控器的出現(xiàn)

在民用方面，各種無線遙控技術(shù)不斷發(fā)展應(yīng)用。1956年，羅伯·愛德勒開發(fā)了超聲波遙控器，利用超聲波來調(diào)節(jié)電視頻道和音量。1980年，紅外遙控器開始逐漸取代超聲波遙控器。2007年，索尼發(fā)布了RF（radiofrequency）射頻遙控器，進(jìn)一步提升了遙控器的便利性。

紅外線遙控利用波長(zhǎng)為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號(hào)。它通常由紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外線，并由紅外接收二極管接收信號(hào)并進(jìn)行解碼。由于紅外線具有方向性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于電視、空調(diào)等家用電器的遙控中。

RF射頻遙控則利用無線電波傳輸信號(hào)，常用的頻率有315MHz和433MHz等。它通過將控制信號(hào)調(diào)制到射頻信號(hào)上發(fā)射出去，然后由接收器接收到信號(hào)后進(jìn)行解調(diào)和解碼。無線電波可以穿過一些障礙物進(jìn)行傳播，具有更強(qiáng)的穿透能力和更遠(yuǎn)的傳輸距離。

然而，隨著時(shí)代的發(fā)展，人們已經(jīng)不滿足于用各種遙控器來控制其他物體，對(duì)輕量化和便捷性的要求越來越高。與其它無線遙控技術(shù)相比，藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)具有更高的集成度、更高的傳輸速度和更穩(wěn)定的連接性能，它們通過藍(lán)牙模塊或Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的無線連接和控制。因此被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦等智能設(shè)備的遙控中。

在我們?nèi)粘Ｉ畹拿恳粋€(gè)角落，無線遙控技術(shù)都扮演著不可或缺的角色。從電視機(jī)的遙控器到智能家居系統(tǒng)，這些小巧的設(shè)備讓我們能夠輕松操控家中的各種電器，享受科技帶來的便利。

無線遙控，怎么實(shí)現(xiàn)？

那么，無線遙控技術(shù)究竟是如何工作的呢？讓我們一同踏上這場(chǎng)從指令發(fā)送到精準(zhǔn)執(zhí)行的奇妙旅程。

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第一步：指令的生成與編碼

想象一下，你手中緊握著一個(gè)遙控器，輕輕按下按鈕。在這一瞬間，遙控器內(nèi)部的處理器開始忙碌起來。它接收你的指令，并將其轉(zhuǎn)換成一串獨(dú)特的數(shù)字信號(hào)。這些信號(hào)就像是精心編寫的“密語”，每一串都代表著特定的操作，如換臺(tái)、調(diào)節(jié)音量或打開燈光。

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第二步：信號(hào)的傳輸與擴(kuò)散

接下來，這些“密語”信號(hào)需要穿越空氣，到達(dá)被控制的設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，遙控器會(huì)利用紅外線或無線電波等無線通信技術(shù)。紅外線信號(hào)就像手電筒發(fā)出的光，它沿著直線傳播，需要直接對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)設(shè)備。而無線電波則更加靈活，它們能夠穿過一些障礙物，在更廣泛的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行傳播。無論是哪種方式，這些信號(hào)都像是無形的使者，將你的指令準(zhǔn)確無誤地傳遞給目標(biāo)設(shè)備。

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第三步：信號(hào)的接收與解碼

當(dāng)信號(hào)到達(dá)目標(biāo)設(shè)備時(shí)，設(shè)備內(nèi)部的接收器會(huì)立即開始工作。它像是一個(gè)敏銳的監(jiān)聽者，時(shí)刻準(zhǔn)備著捕捉來自遙控器的“密語”。一旦接收到信號(hào)，接收器會(huì)將其轉(zhuǎn)換回原始的指令信息，并發(fā)送給設(shè)備并根據(jù)這些指令執(zhí)行相應(yīng)的操作，如切換頻道、調(diào)整音量或開啟燈光。

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第四步：執(zhí)行與反饋

在大多數(shù)情況下，無線遙控技術(shù)的執(zhí)行過程是單向的。也就是說，遙控器發(fā)送指令后，目標(biāo)設(shè)備會(huì)立即執(zhí)行相應(yīng)的操作，而不需要向遙控器發(fā)送任何反饋。然而，在一些高級(jí)系統(tǒng)中，如智能家居系統(tǒng)，設(shè)備可能會(huì)向遙控器或中央控制器發(fā)送狀態(tài)更新或確認(rèn)信息。這些信息可以幫助你了解設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)或確認(rèn)指令是否已成功執(zhí)行。

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）和5G通信技術(shù)的發(fā)展，遙控技術(shù)也迎來了新的變革。現(xiàn)在，我們可以通過手機(jī)應(yīng)用遠(yuǎn)程控制家中的燈光、家電等各種設(shè)備了。甚至可以通過先進(jìn)的遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車的自動(dòng)駕駛，指揮無人機(jī)進(jìn)行飛行表演，讓我們的生活變得更加便捷和有趣。

智能家居的無線遙控場(chǎng)景。圖片由AI生成

遙控，新的方向

那么，讓我們回到開頭，你是否想過未來有一天我們真的能夠?qū)崿F(xiàn)“意念控制”呢？答案是可能的。腦機(jī)接口技術(shù)（BCI）被譽(yù)為人腦與外界溝通交流的“信息高速公路”，它通過讀取腦電波，將我們的意圖轉(zhuǎn)化成指令傳輸給電腦或其他設(shè)備。

近年來，BCI的技術(shù)已經(jīng)取得了不少突破。2020年，天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了使用腦機(jī)接口操控?zé)o人機(jī)。實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者僅需集中注意力，就能讓無人機(jī)完成起飛、降落、旋轉(zhuǎn)等指令。這套腦控?zé)o人機(jī)系統(tǒng)不依賴雙手或語音輸入，完全依靠大腦信號(hào)來進(jìn)行控制。這不僅展示了腦機(jī)接口技術(shù)在遙控領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，也為特殊人群提供了更便捷的生活方式，比如幫助肢體受限者操作輪椅、家電或智能家居。

2020年7月5日，天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)進(jìn)行腦控?zé)o人機(jī)實(shí)驗(yàn)。圖片來自新華社（宋瑞/攝）

隨著大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的進(jìn)步，BCI識(shí)別大腦指令的準(zhǔn)確率不斷提高，而5G和低延遲網(wǎng)絡(luò)的普及讓遠(yuǎn)距離控制更加便捷。未來，腦機(jī)接口有望與無線遙控技術(shù)結(jié)合，讓我們通過“意念”操控汽車、無人機(jī)，甚至完成空間站操作。中國(guó)“天宮二號(hào)”實(shí)驗(yàn)已經(jīng)邁出了第一步，宇航員通過腦機(jī)接口與設(shè)備成功交互，為太空遙控開辟了新途徑。

BCI可以突破傳統(tǒng)無線遙控的限制，將遙控的便捷性與意念的實(shí)時(shí)性結(jié)合。未來的無線遙控或許不再依賴遙控器、手機(jī)等設(shè)備，而是以更智能、無縫的方式直接與我們的思想連接。這項(xiàng)技術(shù)將不僅僅是一個(gè)工具，而會(huì)成為我們思想的延伸，使“意念操控”的魔法真正進(jìn)入現(xiàn)實(shí)。

無線遙控技術(shù)就像是一把開啟“隔空馭物”魔法世界的鑰匙。它讓我們能夠輕松地操控各種設(shè)備，享受科技帶來的便捷和樂趣。而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，相信未來還會(huì)有更多神奇的應(yīng)用等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和探索！

這里也請(qǐng)大家一起開動(dòng)腦筋，如果可以實(shí)現(xiàn)“意念控制”，你最想用來做什么呢？

參考文獻(xiàn)

[1]孫振平.無人作戰(zhàn)系統(tǒng)[M].出版地：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2023年.

[2]Pfurtscheller,G.,&Neuper,C.(2001).Motorimageryanddirectbrain-computercommunication[J].ProceedingsoftheIEEE,89(7),1123-1134.

[3]新華社.“意念控制”真的來了……[EB/OL].(2021-02-05) https://xhpfmapi.zhongguowangshi.com/vh512/share/9748145?channel=weixin

[4]中國(guó)無線電管理.無線遙控器原理[EB/OL]. https://www.srrc.org.cn/article13464.aspx

[5]二戰(zhàn)德國(guó)黑科技：“無人駕駛車”能掃雷爆破，還可以攻擊坦克！ [EB/OL].https://www.sohu.com/a/306145811_494909

策劃制作

作者丨林昊 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究生

審核丨梁忠偉 廣州大學(xué)機(jī)電學(xué)院副院長(zhǎng)