Como começou essa história de transmitir informações sem fio

A meio caminho entre o Brooklyn e Montauk, uma cúpula de aço apoiada em pernas de madeira uma vez olhou por cima do estuário de Long Island e para além do horizonte. Construída nos primeiros anos do século 20, a Wardenclyffe Tower serviu como peça central de um laboratório de cientistas loucos da vida real. Puxando alavancas, rindo maniacamente –era onde esse tipo de coisa deveria acontecer. E quase aconteceu.

O nome desse cientista louco era Nikola Tesla, cuja missão era criar uma maneira de enviar eletricidade sem fio até Londres. Graças ao financiamento de grandes nomes de Wall Street, como JP Morgan, o laboratório poderia ter sido o berço do nosso futuro sem fio. O único problema? A cúpula e suas ambições foram destruídas devido a más decisões de negócio e muito azar, bem antes de Tesla conseguir realizar seus sonhos.

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Os primórdios da tecnologia sem fio foram marcados por luta e confusão, mas também por exemplos gloriosos de realizações científicas. A tecnologia sem fio é brutalmente difícil. O progresso das primeiras teorias de ondas eletromagnéticas até o primeiro sinal telegráfico não aconteceu em uma questão de anos. Demorou décadas. Avançar de enviar pequenos sinais através da água até conectar vastas redes de computadores no ar levou bem mais de um século.

Mas a inovação tende a vir em uma avalanche. Nos últimos anos, vimos avanços rápidos em tudo, desde comunicações celulares a energia sem fio e ideias tão extravagantes quanto o uso de lasers para transmitir internet do espaço para a Terra. Para entender o que vem a seguir, no entanto, você precisa entender como chegamos até aqui.

Os primórdios da tecnologia sem fio

A comunicação sem fio tem sido um ponto importante na sociedade moderna desde a invenção do telegrama. Você poderia praticamente atribuir a tecnologia a Paul Reuter, que recrutou pombos para transportar cotações de ações entre Berlim e Paris em meados do século XIX. (Afinal, os pombos são tecnicamente sem fio). Nos anos que se seguiram, no entanto, uma nova tecnologia chamada telegrafia sem fio entrou em seus estágios iniciais. A telegrafia sem fio – também conhecida como radiotelegrafia – envolve a transmissão de ondas de rádio pelo ar em pulsos curtos e longos. Esses “pontos” e “traços” – também conhecidos como Código Morse – eram então captados por um receptor e traduzidos em texto por um operador de recepção. Em poucas palavras, esse novo método de comunicação permitiu que os seres humanos se comunicassem através de grandes distâncias com relativa facilidade.

Para entender como essa nova forma de comunicação funciona, é mais fácil conhecer o começo da história. As origens da tecnologia sem fio podem ser traçadas até o ano de 1865, quando o cientista escocês James Clerk Maxwell publicou um artigo sobre campos elétricos e magnéticos. que agora é considerado como um trabalho fundamental da física que não só estabeleceu as bases para as comunicações sem fio, mas também serviu como ponto de partida para a pesquisa sobre a relatividade de Albert Einstein. Maxwell corretamente teorizou que essas ondas eletromagnéticas poderiam viajar na velocidade da luz e, em 1873, publicou um (equações de Maxwell) que serviriam como base para toda a tecnologia elétrica. As coisas realmente ficaram interessantes, no entanto, quando outros cientistas começaram a colocar as equações de Maxwell em prática.

Heinrich Hertz provou a existência das ondas eletromagnéticas em uma série de experimentos de 1886 a 1889. No entanto, depois de construir essencialmente o primeiro rádio do mundo – um aparelho conhecido como – o cientista alemão achou que aquilo não era muito interessante. “Não tem qualquer utilidade”, disse Herz à época. “Esta é apenas uma experiência que prova que o Maestro Maxwell estava certo – existem essas ondas eletromagnéticas misteriosas que não podemos ver a olho nu. Mas elas estão lá”. Acontece que ela se mostrou muito útil. A unidade internacional usada agora para frequência em ondas de rádio tem o nome da Hertz.

O que se seguiu aos experimentos de Hertz foi uma enxurrada de invenções e inovações. Os dois maiores nomes que surgiram nos anos finais do século XIX foram Guglielmo Marconi, que estava interessado principalmente em comunicações sem fio, e Nikola Tesla, que via uma grande promessa na eletricidade sem fio.

Engenheiros do correio britânico posando com um equipamento de telegrafia de Marconi. (Imagem: Cardiff Council Flat Holm Project)

Em termos gerais, Marconi é considerado responsável pela construção da primeira estação de rádio do mundo e pela comercialização do primeiro equipamento de telegrafia sem fio do mundo no final da década de 1890. Mas, durante esses mesmos anos, o cientista alemão Ferdinand Braun estava fazendo um trabalho semelhante usando uma bobina de indução projetada e patenteada por Tesla. Marconi e Braun iriam ganhar o Prêmio Nobel de 1909 por suas realizações na telegrafia sem fio.

Tesla, notoriamente, não teve tanta sorte. O cientista permaneceu resoluto em criar uma tecnologia viável para energia sem fio. Mas depois que ele não conseguiu produzir um transmissor de energia sem fio viável com a Wardenclyffe Tower em seu laboratório em Long Island, Tesla morreu pobre no quarto 2237 no New Yorker Hotel, 34 anos após o Prêmio Nobel ter sido concedido a Marconi e Braun. Naquele mesmo ano, em 1943, a Suprema Corte dos Estados Unidos decidiu que a patente de Tesla de 1897 para um transmissor e receptor, que antecedia as invenções de Marconi, reconhecia tacitamente as contribuições pioneiras da Tesla à invenção da telegrafia e da tecnologia de rádio. Talvez mais significativamente, foram as contribuições da Tesla que se mostraram mais duradouras e relevantes para a tecnologia sem fio atualmente. “Tesla realmente pensou muito em como enviar milhares de mensagens em sua própria frequência”, disse W. Bernard Carlson, autor de e professor de história da Universidade da Virgínia, ao Gizmodo em uma entrevista. “Marconi foi responsável por uma tecnologia de transmissão que não era desejável para fins militares ou outros fins”. E, como veremos, o envio de várias mensagens na mesma frequência se tornaria absolutamente essencial para o desenvolvimento da tecnologia sem fio nas décadas após Tesla.

Audio, vídeo, disco

Os primeiros transmissores sem fio do final da década de 1890 inauguraram . Enquanto a tecnologia sem fio era capaz de enviar um único sinal por alguns quilômetros, os tecnólogos da era vitoriana logo aprenderiam como transmitir sem fio sinais de áudio, vídeo e, eventualmente, qualquer tipo de dados através de qualquer distância. Em 1920, William Edmund Scripps começou a transmitir o “Detroit News Radiophone” pelo rádio, e um ano depois, a polícia de Detroit introduziu rádios móveis em suas viaturas. Em 1927, um laboratório da General Electric em Schenectady, Nova York, abrigaria a primeira estação de televisão do mundo, onde transmissores de rádio de alta potência poderiam enviar um sinal carregando áudio e vídeo para uma tela de três por três polegadas até cerca de cinco quilômetros de distância.

Todos eles foram momentos importantes na história da tecnologia sem fio, mas, tirando os rádios policiais, nenhum dos aparelhos era móvel. A radiodifusão também era, por definição, um fluxo unidirecional de dados. Então, veio uma invenção chamada Motorola.

Produzido pela Galvin Manufacturing Corporation, o rádio Motorola tornou-se o primeiro radiofone do mundo em 1930. Os comunicadores de duas vias foram adotados pela polícia e, mais tarde, uma versão mais avançada e compacta chamada “Handie Talkie” ganharia. importância histórica por seu papel na Segunda Guerra Mundial. O número oficial do modelo do dispositivo era SCR536.

Detalhe de um comercial de um dos primeiros rádios Motorola, mostrando o comunicador portátil de duas vias. (Imagem: Motorola)

De repente, diversos dispositivos sem fio começam a parecer familiares aos entusiastas de gadgets do século XXI. Eles eram portáteis, movidos a bateria e muito maneiros. No entanto, as comunicações móveis de longo alcance ainda exigiam uma quantidade absurda de hardware para serem confiáveis. Em 1943, Galvin lançou o Motorola SCR300 –também conhecido como o “Walkie Talkie”– um dispositivo de rádio FM de 35 quilos com um alcance de 16 a 32 quilômetros que era usado como uma mochila e às vezes exigia duas pessoas para operar. Você provavelmente se lembra de tê-los visto em .

Um diagrama mostrando o uso correto de um Walkie-Talkie (Imagem: Motorola)

Essa ideia iria longe. O rádio FM (modulação de frequência) foi patenteado uma década antes do lançamento do Walkie-Talkie e rapidamente ganhou popularidade sobre seu antecessor AM (modulação de amplitude), já que o rádio FM pode transmitir áudio de maior qualidade. Então Galvin se ateve à idéia de que um rádio FM de duas vias seria ótimo para as pessoas conversarem entre si. Os táxis começaram a usar rádios bidirecionais da Motorola em 1944 e, após a guerra, em 1946, a : o radiotelefone da Motorola. No ano seguinte, Galvin mudou o nome da empresa para Motorola. Não demorou muito para que toda uma infraestrutura fosse desenvolvida em torno dessa tecnologia. Bell System se juntou à Western Electric por volta dessa época para criar o Serviço Geral de Radiotelefone Móvel. Utilizando equipamentos VHF (frequência muito alta) e rádios FM, este serviço dividiu-se em dois sistemas: um para estradas e outro para cidades. O equipamento necessário era embutido no próprio carro, com baterias sob o capô, um transmissor no porta-malas e um fone perto do banco do motorista. A Motorola, a General Electric e outras empresas construíram sistemas semelhantes.

Um “telefone de mala” Trigild Gemini 2 anterior aos celulares feito pela Bell System em 1946. (Foto: )

Uma ampla gama de dispositivos cada vez menores começou a chegar ao mercado nos anos 50. Eventualmente, telefones celulares movidos a rádio poderiam caber dentro de uma pasta. Eles eram apropriadamente chamados de “telefones de mala”, e as pessoas achavam que eles eram o futuro na época. Não foi até o final dos anos 1960 que a Bell Labs desenvolveu a tecnologia Advanced Mobile Phone System (AMPS) lançando as bases para os telefones celulares como os conhecemos hoje. Colocando de forma mais direta, os AMPS estouraram a boca do balão. Os telefones de rádio originais são agora conhecidos como tecnologia de telefonia móvel 0G. Os AMPS se tornaram o 1G.

A revolução celular

O pesquisador da Motorola, Martin Cooper, fez a primeira chamada telefônica celular do mundo em uma calçada de Nova York em 1973. O dispositivo era muito parecido com os imensos tijolos cinza que nossos pais usavam no passado, e pesava um quilo. A vida da bateria também era curta –durava apenas 30 minutos e levava 10 horas para ser carregada– mas foi o suficiente , seu rival e chefe do programa de telefonia celular da AT&T. “Joel, eu estou ligando para você de um telefone celular, um telefone celular de verdade, portátil”, disse Cooper. A brincadeira de Martin virou história. O Bell Labs estava trabalhando com AMPS desde a década de 1960, e o sistema prometia infinitas possibilidades, incluindo a de um número incontável de pessoas pudesse fazer ligações pelo ar, na mesma frequência, sem qualquer interferência. De fato, a Federal Communications Commission (FCC), Comissão Federal de Comunicações, reservou o espectro de 40 MHz em 1974 para a tecnologia celular, conseguindo assim uma faixa específica para esse tipo de comunicação sem fio. O conceito por trás da tecnologia celular era sólido, mas o progresso era lento. Essencialmente, a tecnologia celular divide áreas geográficas em células. Cada célula hospeda uma estação base, assim como uma torre com uma antena no topo. Dependendo da tecnologia, uma torre celular pode captar um sinal a até 40 quilômetros de distância. Se o usuário final estiver em uma chamada e viajando, a torre que envia e recebe o sinal pode transferir a transmissão para outra torre, conforme necessário. Esse processo é chamado de transferência. É por isso que você pode falar ao celular enquanto dirige pela estrada e a ligação não cai. Não é perfeito, mas é muito melhor do que o melhor dos rádios bidirecionais. Os primeiros celulares não eram uma tecnologia destinada às massas. A FCC aprovou um modelo comercial da DynaTAC em 1983 e, um ano depois, a Motorola começou a vender o aparelho a US$ 3.995. (Em 2017, isso é perto de US$ 10.000 com ajuste de inflação). Michael Douglas tornou o DynaTAC famoso três anos depois, quando seu personagem, Gordon Gekko, usou um no filme Wall Street.

Imagem: 20th Century Fox

Em termos de telefones celulares, todos sabemos o que aconteceu nos anos 90 e início dos anos 2000. Essas duas décadas trouxeram melhorias incrementais, e incríveis, na tecnologia celular. Os telefones ficaram menores e muito mais baratos. As redes ficaram mais rápidas e o serviço ficou muito mais acessível. Enquanto o serviço de telefonia celular custava durante os dias dos AMPS, os planos com centenas de minutos caíram para US$ 50 ou US$ 60 por mês no início dos anos 2000. Além de gratuidade às noites e fins de semana! Mas foram as taxas de dados aprimoradas que mudaram mais profundamente a forma como usamos os telefones celulares. A tecnologia analógica 1G original por trás do AMPS, foi substituída por novos padrões digitais que ofereciam formas mais eficientes de codificar dados, maior acesso ao espectro sem fio e, como resultado, conexões mais rápidas e confiáveis. Após a segunda geração de conectividade celular, 2G, veio o grande avanço: internet em qualquer lugar. “Com o 3G, pela primeira vez, você tinha uma largura de banda maior e taxas de dados razoáveis ​​para suportar experiências significativas para o usuário, a idéia de que o acesso à internet seria possível com o 3G”, Babak Behesthi, membro do IEEE e reitor associado da Escola de Engenharia e Ciências da Computação no New York Institute of Technology, disse ao Gizmodo. Behesthi ajudou a desenvolver a tecnologia 3G, que permitia taxas de dados de até 3 megabits por segundo. A próxima geração iria muito mais além, ele explicou, mas também traria consequências sociais. “Com o 4G, estamos vendo taxas de dados de até 100 mbps, um aumento de 30 vezes em relação ao 3G e uma rede muito mais integrada”, explicou Behesthi. “Em termos de impacto para os consumidores e para a sociedade, nos tornamos muito mais conectados ao nosso trabalho e ao mundo exterior por termos conexão constante com a internet”. Os pequenos dispositivos portáteis que agora chamamos de telefone mudaram a forma como nos comunicamos. A tecnologia mudou a maneira como vivemos. Mas no meio de tudo isso, mais padrões sem fio como o WiFi e a internet das coisas começaram a mudar a forma como o mundo funciona.

A revolução WiFi

No final dos anos 90, os engenheiros perceberam que a tecnologia sem fio transformaria tudo muito rapidamente. A tecnologia não serviria apenas para fazer ligações de mais lugares. Bandas de espectro recentemente disponíveis estavam abrindo a possibilidade de enviar grandes quantidades de dados pelo ar, e essa idéia derrubou os conceitos mais básicos de como nos conectamos. Você não precisa ficar preso a uma linha telefônica para se conectar à internet. Já em 1988, os visionários da indústria perceberam que uma decisão da FCC tornou possível criar um novo padrão para o serviço de internet sem fio. O Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) chamou esse novo padrão de 802.11 e, em 1997, a organização havia estabelecido a estrutura básica para a fidelidade sem fio, um nome desajeitado que acabou sendo reduzido para o WiFi. Essa idéia se transformou em uma revolução que mudou o mundo e, apropriadamente, a Apple foi uma das primeiras empresas a oferecer conectividade WiFi em seus computadores. (Steve Jobs batizou o recurso de “Airport”, por algum motivo). A beleza do WiFi desde o primeiro dia foi o fato de operar nas “bandas lixo” do espectro de rádio: a banda UHF de 2,4 GHz e a banda de 5 GHz. Essa é a mesma faixa que as microondas usam para aquecer alimentos e se tornou amplamente usada para comunicação depois que os telefones sem fio começaram a usar essas bandas. O WiFi ganhou a maior parte de sua popularidade sob o padrão 802.11b, que opera na banda de 2,4GHz, embora o mais novo padrão 802.11ac seja mais popular no momento, já que pode suportar taxas de transferência de dados de até 1 gigabit por segundo. Mas há 15 anos atrás, o conceito de conectividade com a internet pelo ar a qualquer velocidade era absurdamente inovador. “Estamos à beira de uma transformação”, escreveu . “É um momento que lembra o nascimento da internet em meados dos anos 70, quando os pioneiros das redes de computadores –máquinas conversando umas com as outras!– invadiram o sistema de telefonia com seus primeiros ‘Olás’ digitais.”

Anderson não estava errado. O WiFi estava prestes a superar nossa própria concepção de conectividade. Essa ideia de que a internet poderia estar em todos os lugares iria transformar não apenas a comunicação, mas também como os humanos entendem o mundo. O parágrafo principal desse seminal artigo da Wired merece ser citado na íntegra:

Desta vez não são os fios, mas o ar entre eles que está sendo transformado. Nos últimos três anos, uma tecnologia sem fio chegou com o poder de mudar totalmente o jogo. É uma maneira de dar asas à internet sem licenças, permissões ou mesmo taxas. Em um mundo em que fomos condicionados a esperar que as operadoras de telefonia celular nos trouxessem o futuro, essa anarquia das ondas de rádio é tão libertadora quanto os primeiros PCs – uma revolta no nível da rua, com o poder de mudar tudo.

Louco, não? Isso foi há menos de 15 anos atrás. As previsões de Anderson foram apenas parcialmente concretizadas, no entanto. Mal sabia a Wired que a internet e a tecnologia que permitiam a conectividade mais tarde se tornariam um campo de batalha por segurança, liberdade de expressão e responsabilidade política em pouco tempo. Mas a tecnologia, na época, era revolucionária.

A internet de coisas bem maneiras

Enquanto o WiFi estava rapidamente se tornando o padrão para a conexão sem fio com a internet, surgiram várias outras tecnologias que ofereciam um tipo diferente de comunicação. Em vez de ajudar os humanos a se comunicarem uns com os outros, a chamada Internet das Coisas habilitou os aparelhos a se comunicarem entre si. Os novos padrões que governariam essas conexões começaram a aparecer no final dos anos 90, enquanto o WiFi estava ganhando popularidade, e a sua adoção generalizada desde então só pode ser descrita como caótica.

O primeiro padrão de internet das coisas que pegou, ainda é o mais popular: o Bluetooth. Curiosamente em homenagem , o padrão sem fio de curto alcance encontrou suas origens em uma improvável parceria entre Ericsson, Nokia, Intel, IBM e outros pesquisadores em 1997. As empresas desenvolveram um novo padrão sem fio que permitia que os dispositivos se conectassem uns aos outros localmente. (Curiosidade: o Bluetooth quase foi batizado de rede de área pessoal, ou PAN na sigla em inglês, mas esse nome foi descartado devido a um mal resultado nos mecanismos de busca). Sem a necessidade de conectividade com a internet, esse padrão abriria um novo campo para acessórios sem fio –tudo de teclados e fones de ouvido a desktops e laptops– e mudar a maneira como o mundo inteiro usaria gadgets.

O Bluetooth está agora em sua quinta geração e seu alcance se estendeu de cerca de 9 metros até 300 metros em sua versão mais recente. Como o WiFi antes dele, a tecnologia opera na faixa de 2,4 GHz e também usa uma boa quantidade de energia para fazê-lo. Isto é, em parte, o que mais tarde levou ao desenvolvimento de padrões sem fio de alcance muito baixo, como Zigbee e Z-Wave. Esses dois protocolos surgiram nos anos 2000 e agora são amplamente utilizados para tecnologia de automação doméstica, como lâmpadas conectadas, fechaduras inteligentes e câmeras de segurança. Conforme o hardware de WiFi se torna mais compacto e de baixa uso de energia, no entanto, ele começa a ser usado cada vez mais neste campo.

Além disso, novos protocolos de comunicação sem fio, como a identificação unidirecional de radiofrequência (RFID) e a comunicação de campo próximo (NFC), baseada na tecnologia RFID, mas capaz de enviar e receber dados, estão chegando ao mercado. Ao contrário de WiFi e Bluetooth, essas tecnologias sem fio podem operar com baixas quantidades de eletricidade. O NFC agora é padrão na maioria dos novos smartphones e permite transferências de arquivos sem fio entre dispositivos. É também o que capacita os sistemas de pagamento sem fio mais modernos. (Uma das primeiras aparições da ). Enquanto isso, o RFID pode ser usado para tudo, de rastrear estoques em lojas de varejo a .

Se você leu algo sobre a crescente popularidade dos dispositivos de Internet das Coisas, você sabe que a segurança é uma grande preocupação. De um modo geral, a tecnologia é tão nova e os novos dispositivos são lançados sem testes adequados, então os hackers adoram encontrar novas maneiras de invadir redes sem fio explorando uma vulnerabilidade em um dispositivo não seguro. Isso é exatamente o que aconteceu no final de 2016, quando uma invasão na Internet das Coisas conseguiu desativar metade da Internet dos EUA. Da mesma forma que o WiFi era o faroeste selvagem sem fio 15 anos atrás, a Internet das Coisas é uma verdadeira bagunça no final da década de 2010.

Os próximos grandes passos

Em mais de uma maneira, isso é apenas o começo da dominação sem fio. Telegrafia e rádio, em muitos aspectos, eram apenas o começo. As tecnologias sem fio também cooptaram outros métodos de transmissão de informações e até mesmo de eletricidade pelo ar. O uso de luz infravermelha em aparelhos como controles remotos é antigo, mas empresas como Facebook e SpaceX para enviar o acesso à internet de satélites até a superfície da Terra. Essa chamada comunicação óptica de espaço livre ainda é muito cara, mas pode tomar o lugar das ondas eletromagnéticas para as comunicações sem fio, já que consegue lidar com quantidades muito grandes de dados.

A energia sem fio, no entanto, já está atingindo o mercado. Mas o estado atual da tecnologia é limitado a distâncias muito pequenas. Até o momento, a especificação Qi é como centenas de diferentes dispositivos usam a indução eletromagnética para carregar dispositivos como smartphones, como o Samsung Galaxy S9; relógios inteligentes, como o Apple Watch; e ferramentas elétricas, como a . Em cada um desses exemplos, você precisa colocar o dispositivo em cima de um bloco de carregamento para absorver a eletricidade sem fio. Mas você não precisa conectar nada ao aparelho.

A tecnologia certamente vai crescer nos próximos anos. Algumas empresas já estão fazendo experimentos incríveis com a energia sem fio. Na Coréia do Sul, por exemplo, uma cidade está testando ônibus elétricos que recebem energia sem fio de cabos colocados sob a superfície da estrada usando a tecnologia Shaped Magnetic Field in Resonance (SMFIR).

Então, de repente e finalmente, estamos encontrando nosso caminho de volta ao território dos cientistas malucos. Tesla ficaria emocionado. Quem sabe quando seremos capazes de construir uma espécie de bobina gigante que pode transmitir eletricidade através dos oceanos? Pode nunca acontecer. Se você tivesse perguntado para qualquer pedestre no século 20 se um dia poderíamos nos sentar em um café com um computador de bolso e conversar com qualquer pessoa no mundo, sem usar nenhum fio, eles diriam que você está louco. Se você mencionasse que poderia carregar o seu telefone apenas o colocando sobre a mesa, eles diriam que você está louco. Se você sugerisse que dados estavam sendo enviados para o espaço e de volta para a Terra através de lasers, eles ligariam para a polícia. E no entanto, aqui estamos nós.