Ежедневно нас окружают различные электромагнитные волны – радио, телевиденье, спутники, мобильная связь, тепловое, ультрафиолетовое излучение. Ученые разработали устройство толщиной всего три атома – для питания электроники от сигнала Wi-Fi.
Миниатюрные сенсоры и другие устройства Интернета вещей могут годами работать без встроенной батареи или другого физического источника питания, просто получая энергию из радиосигнала.
Ещё в начале прошлого века биолог Гурвич открыл, что клетки излучают электромагнитные волны. С их помощью клетки взаимодействуют между собой удаленно, без химического контакта. А биофизик Фриц Альберт Попп обнаружил, что живые организмы обмениваются информацией при помощи волн.
«Носителем» энергии волн – являются фотоны. Энергия фотона определяется частотой волны. Чем выше частота волны – тем больше энергия фотона.
Волны – несут в себе энергию и информацию. Это как радиосигнал или мобильная связь – информация накладывается на несущую волну.
Фотоны – «несут» энергию волны, а также передают информацию. Наложение информации на несущую волну – может увеличивать частоту волн и энергию фотонов.
Wi-Fi – это беспроводная связь, радиоволны, передающие цифровые данные на частоте 2,4 ГГц и 5 ГГц.
Инженеры давно научились извлекать энергию из радиосигнала. Для этого применяют рекантенны (или ректенны) – выпрямляющие антенны, которые преобразуют энергию поля электромагнитной волны в энергию постоянного тока.
Инженеры Массачусетского технологического института предложили использовать новую конструкцию ректенны для получения энергии волн – статья об этом опубликована в журнале Nature.
Во-первых, это плоская ректенна, её толщина всего три атома.
Во-вторых, она гибкая, поскольку сделана из сульфида молибдена. Причем сульфид молибдена гораздо дешевле аналогичных антенн из кремния и арсенида галлия.
Но главное, что эта ректенна питается от электромагнитного излучения с частотой до 10 ГГц и отлично работает в диапазоне Wi-Fi, то есть от 2,4 до 5,9 ГГц. Выдаёт примерно 40 микроватт. Немного, но достаточно для светодиода или простого чипа.
В устройстве применяется диод Шоттки. За счёт этого на порядок ускоряется преобразование, то есть выпрямитель может обрабатывать волны на гораздо более высоких частотах: до 10 и даже 12 ГГц.
Ректенны могут применяться в качестве приёмников в каналах передачи энергии на большие расстояния.
Устройство с беспроводным получением энергии лучше подходит для медицинских имплантов, которые работают внутри человеческого тела.
В идеале нежелательно устанавливать в импланты батареи, поскольку при протекании лития – человек может умереть.
Ученые считают, что гораздо удобнее собирать энергию для таких устройств из окружающей среды, чтобы питать эти небольшие лаборатории внутри тела и передавать данные внешним компьютерам.
Гибкую электронику можно использовать в совершенно новых областях: фактически, это невидимая плёнка, в которую оборачивается любой гаджет. Так обычные повседневные предметы «превращаются в умную распределённую сенсорную сеть». Такой плёнкой из электроники можно покрывать стены комнат (как обои), здания, мосты, дороги.
Устройства Интернета вещей могут извлекать ток из окружающих радиоволн на произвольных частотах, в том числе из сигналов WiFi, Bluetooth, LTE и многих других. Уже разработаны ректенны и выпрямители из кремния и галлия с КПД до 50−60%.
У новой ректенны из сульфида молибдена КПД пока не превышает 30%, но технология всё равно интересная.
Материал – по направлению Новые научные идеи для Интернет-проекта «Путеводная Звезда»
Оценили 0 человек
0 кармы