Dispozitivele mici, cum ar fi senzorii de lumină sau componentele de rețea, ar putea prelua în curând putere din semnalele Wi-Fi și Bluetooth de fundal – folosind o nouă componentă sofisticată care poate transforma chiar și cel mai slab unde electromagnetice în electricitate.
Cercetătorii au creat o „rectennă” sau antenă de rectificare extrem de sensibilă, o componentă care exploatează ciudateniile fizicii cuantice pentru a converti eficient energia electromagnetică în curent continuu (DC). Cercetătorii au folosit această abordare nouă de captare a electronilor pentru a alimenta un termometru comercial.
Într-un studiu publicat pe 24 iulie în jurnal Electronica naturii, Oamenii de știință au sugerat că această tehnologie ar putea fi extinsă pentru a alimenta dispozitivele și senzorii Internet of Things (IoT) folosind o mică parte din excesul de semnale de radiofrecvență (RF) pe care le folosesc pentru a comunica între ele.
Rectenele primesc unde electromagnetice așa cum se găsesc în semnalele de radiofrecvență (RF) precum Wi-Fi și Bluetooth sau diferite lungimi de undă de lumină și le captează ca energie electrică de curent alternativ (AC) prin antenă. Dispozitivul transformă apoi aceasta în electricitate DC prin circuitul redresor.
Se știe de mult că rectenele pot fi folosite pentru a genera niveluri scăzute de electricitate; cercetătorii au demonstrat acest lucru prin alimentarea fără fir cu modele de vehicule și experimente similare încă din anii 1960. De exemplu, în 1964, producătorul de arme Raytheon a difuzat o emisiune de televiziune în care acesta a demonstrat un elicopter telecomandat alimentat cu microunde.
Dar în aceste cazuri, puterea a fost transmisă direct către dispozitiv sub formă de energie cu microunde. Semnalele RF ambientale sunt mult mai slabe și nu sunt direcționate direct către dispozitive.
În lucrare, cercetătorii au spus că semnalele RF ambientale se pot înregistra cu mult sub minus 20 de decibeli-miliwați, o unitate de măsură folosită pentru a exprima puterea semnalului. Pentru a o pune în perspectivă, smartphone-ul mediu transmite semnale la 27 dBm, în timp ce un cuptor cu microunde funcționează la 60 dBm.
Pentru a valorifica semnalele ambientale foarte slabe produse de rețelele Wi-Fi și Bluetooth, cercetătorii au apelat la un colț relativ obscur al cercetării cuantice.
Cunoscută sub numele de „spintronica”, studiază spinul cuantic al electronilor și modul în care acesta se leagă de câmpurile magnetice. Pentru demonstrația lor, cercetătorii s-au sprijinit pe proprietățile joncțiunilor de tunel magnetice (MTJ), o componentă constând dintr-un strat foarte subțire de material izolator cuprins între două straturi magnetice. MTJ-urile sunt utilizate cel mai frecvent în hard disk-urile și au fost utilizate în alte tipuri de memorie de calcul.
Semnalele RF pot exercita o schimbare asupra MTJ-urilor, în care curentul semnalului afectează spinul electronilor din construcție. Acest lucru poate fi valorificat pentru a produce energie electrică.
Echipa a creat o serie de „redresoare de spin” (SR) la scară nanometrică formate din MTJ, cu dimensiuni complete de 40 x 100 nanometri pătrați și 80 x 200 nm2, sensibile la frecvențele semnalelor electromagnetice ambientale comune, cum ar fi Wi-Fi ( frecvențe de 2,4 gigaherți), 4G (2,3 până la 2,6 GHz) și 5G (3,5 GHz).
După ce au demonstrat eficacitatea componentei lor singure, cercetătorii au creat o matrice SR care ar putea alimenta un senzor de temperatură disponibil comercial folosind doar minus 27 dBm de RF ambiental.
În viitor, echipa speră că această metodă ar putea fi utilizată pentru a reduce costul carbonului al rulării rețelelor wireless prin reducerea dependenței de baterie și a consumului de energie în senzori și alte dispozitive mici.