Hôm nào mà dụng cụ điều khiển từ xa (remote control) bị hỏng và bạn phải đứng lên ngồi xuống để đổi đài truyền hình thì chắc là khó chịu lắm vì đã quen ngồi ở ghế đệm và bấm nút rồi. Không những ti-vi mà còn rất nhiều máy móc có thể điều khiển từ xa thí dụ như đồ chơi, cửa nhà để xe hay khóa xe hơi. Thế thì dụng cụ điều khiển từ xa hoạt động ra sao và ai phát minh ra nó?
Có hai loại dụng cụ điều khiển từ xa, một loại dùng tia hồng ngoại (infrared, viết tắt là IR) và một loại dùng tần số radio (radio frequency, viết tắt là RF). Tia hồng ngoại và sóng radio đều là sóng trong phổ điện từ (electromagnetic spectrum). Ánh sáng con người thấy được cũng là một phần trong phổ điện từ.
Ai phát minh ra dụng cụ điều khiển từ xa?
Năm 1894, nhà vật lý học người Anh, ông Oliver Lodge đã làm một thí nghiệm chứng tỏ là có thể dùng sóng điện từ để điều khiển từ xa mà không cần dây. Năm 1898, ông Nikola Tesla là người đầu tiên được bằng sáng chế về một dụng cụ điều khiển từ xa ở Hoa Kỳ.
Ông Tesla đã biểu diễn phát minh của mình ngay tại thành phố New York bằng cách điều khiển một chiếc thuyền nhỏ bằng sóng radio. Phát minh của ông Tesla không được dùng ngay lúc bấy giờ. Nhưng trong Thế Chiến Thứ Nhất, Hải Quân Đức đã dùng phương cách điều khiển từ xa để đưa những thuyền không có người nhưng chứa đầy chất nổ đến tấn công các tàu địch. Đến Thế Chiến Thứ Hai thì cả hai bên đều dùng dụng cụ điều khiển từ xa.
Một kỹ sư của công ty Zenith, ông Eugene Polley phát minh ra một dụng cụ điều khiển từ xa cho ti-vi đầu tiên vào năm 1955. Ông Polley dùng một tia sáng để chiếu vào 4 bộ nhận ở 4 góc của ti-vi. Hai bộ nhận ở trên dùng để đổi đài. Hai bộ nhận ở dưới dùng để tắt âm thanh và tắt ti-vi. Dụng cụ này không được tốt vì nó có thể nhầm lẫn ánh sáng mặt trời hay ánh sáng đèn nên nhiều khi tự nhiên nhảy đài.
Năm 1956, ông Robert Adler, một đồng nghiệp của ông Polley ở Zenith, đã nghĩ ra một phương cách khác cho dụng cụ điều khiển ti-vi từ xa. Ông Adler dùng một cái búa nhỏ để gõ vào các thanh kim loại để sinh ra sóng siêu âm. Mỗi thanh phát ra một sóng siêu âm khác và tương ứng với một hiệu lệnh muốn phát đi. Bộ nhận của ti-vi nhận sóng siêu âm và thi hành mệnh lệnh đã định sẵn như đổi đài lên xuống.
Dụng cụ điều khiển ti-vi từ xa dùng sóng siêu âm được dùng tới thập niên 1980 mới được thay thế bằng dụng cụ điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại IR.
Dụng cụ điều khiển từ xa IR
Nếu bạn nhìn vào phía trước của dụng cụ điều khiển từ xa cho ti-vi bạn sẽ thấy một cái như là một cái đèn rất nhỏ. Đó là một đi-ốt phát quang (light emitting diode). Khi bạn bấm vào một nút nào trên dụng cụ điều khiển từ xa thì đi-ốt phát quang sẽ phát ra một chuỗi tia hồng ngoại. Mặt trước của ti-vi có một lỗ nhỏ xíu, đó là bộ nhận của ti-vi dùng để nhận chuỗi tia hồng ngoại từ máy phát.
Để cho bộ nhận phân biệt được những mệnh lệnh thí dụ như vặn âm thanh lớn nhỏ hay đổi đài thì máy điều khiển từ xa không phải chỉ phát ra một tia hồng ngoại một cách liên tục mà chớp tắt chớp tắt rất nhanh. Đó là cách truyền đi tín hiệu nhị phân (binary), thí dụ chớp là 1 và tắt là 0.
Thí dụ một hệ thống dùng số nhị phân 7 bít để truyền tin từ dụng cụ điều khiển từ xa tới bộ nhận thì có thể có những tín hiệu như sau:
Đổi đài lên: 000 0101
Đổi đài xuống: 000 0111
Tắt máy truyền hình: 000 1111
Chuỗi tia hồng ngoại được bộ nhận đổi thành tín hiệu điện tử và chíp điện tử của ti-vi phân tích tín hiệu đó và thi hành mệnh lệnh theo tín hiệu.
Một điều gây trở ngại không ít cho người tiêu dùng là mỗi công ty điện tử dùng một hệ thống tín hiệu riêng nên dụng cụ điều khiển từ xa của công ty này thì không dùng cho máy của công ty khác được. Theo Hiệp Hội Điện Tử Cho Người Tiêu Dùng (Consumer Electronics Association) thì trung bình một gia đình ở Hoa Kỳ có tới 4 dụng cụ điều khiển từ xa.
Để có thể thu gọn lại một dụng cụ điều khiển từ xa cho tất cả các máy điện tử như là máy truyền hình, máy khuếch đại, hay hộp cáp, trên thị trường đã có bán những máy điều khiển từ xa phổ dụng (universal remote control) tức là điều khiển máy nào cũng được. Theo kinh nghiệm bản thân thì tôi thấy mấy cái máy điều khiển từ xa phổ dụng không được hoàn toàn cho lắm. Lý do là có quá nhiều máy điện tử khác nhau, mỗi máy có một hệ thống tín hiệu khác, khó có thể theo kịp để cho hết tất cả vào một máy được.
Dụng cụ điều khiển từ xa RF
Dụng cụ điều khiển từ xa IR chỉ có thể dùng trong vòng vài mét thôi và không có thể điểu khiển qua chướng ngại vật như bức tường được. Muốn điều khiển từ xa với tầm xa hơn vài mét hay không phải nhắm thẳng tới máy thì phải dùng sóng radio. Hiện nay có rất nhiều máy móc được điều khiển bằng những dụng cụ điều khiển từ xa RF, thí dụ như khóa xe hơi, tắt mở đèn hay máy điều hòa không khí.
Dụng cụ điều khiển từ xa RF đổi những mệnh lệnh thành sóng radio và truyền đi. Bộ nhận của máy mà bạn muốn điều khiển nhận sóng radio đó và đổi ra thành tín hiệu điện tử. Máy sẽ thi hành mệnh lệnh theo tín hiệu nhận được.
Ý của dụng cụ điều khiển từ xa RF rất là đơn giản nhưng áp dụng thực tế thì rắc rối hơn vì trong không gian có rất nhiều sóng radio, làm sao bộ nhận biết được là sóng nào cho mình. Hơn nữa còn vấn đề an ninh, làm sao không cho kẻ gian giả sóng radio để làm chuyện phi pháp, thí dụ như mở cửa xe của bạn.
Để tránh nhiễu (interference) dụng cụ điều khiển từ xa RF phát sóng trong một tần số đặc biệt đã được định trước và cũng gửi đi một tín hiệu định danh như vậy bộ nhận mới biết được sóng radio nào cho mình.
Nếu chỉ làm như trên thì không bảo mật được vì kẻ gian có thể lén nghe sóng radio và thâu được những thông tin của bạn. Sau đó thì phát ra lại tín hiệu giống hệt như vậy để điều khiển máy của bạn một cách bất hợp pháp. Tuy nhiên bạn cứ yên tâm đi không ai có thể mở cửa xe của bạn đâu. Vì các nhà chế tạo xe hơi đã nghĩ và giải quyết vấn đề này rồi.
Để bảo đảm an ninh, mỗi lần dùng, dụng cụ điều khiển từ xa cho xe hơi lại phát ra một tín hiệu khác. Trước đó bộ nhận và bộ phát đã được được đồng bộ hóa (synchronized), nên dù có tín hiệu khác nhau bộ nhận cũng biết đó là tín hiệu cho mình. Mỗi tín hiệu là một số nhị phân dài 40 bít, như vậy có tới cả 1 ngàn tỷ (trillion) các con số khác nhau, không ai có thể đoán được.
Hiện nay đã có những dụng cụ điều khiển từ xa bằng tiếng nói như Alexa của Amazon hay Google Home, không những có thể giúp bạn mở ti-vi mà còn có thể mua bán trên mạng chỉ bằng tiếng nói. Đi xa hơn nữa, trong tương lai bạn chỉ cần nghĩ tới, thí dụ như mở ti-vi thì ti-vi sẽ tuân theo ý của bạn và tự động mở. (Hà Dương Cự)
—————–
Nguồn tài liệu:
https://science.howstuffworks.com
https://electronics.howstuffworks.com