Senzacionalno otkriće: U struju pretvara signale koji su svuda oko nas

28.08.2024. | 18:00

Istraživači osmislili ispravljačku antenu koja hvata Wi-Fi i Bluetooth signal i pretvara ga u električnu energiju

Sitni uređaji poput senzora za svjetlo ili mrežnih komponenti mogli bi uskoro početi da skupljaju energiju Wi-Fi i Bluetooth signala, koji su svuda oko nas.

To će im omogućiti nova revolucionarna i sofisticirana komponenta koja može i najslabije elektromagnetne talase da pretvori u elektricitet.

Istraživači su stvorili izuzetno osjetljiv „rektenu“ ili ispravljačku antenu, komponentu koja koristi neobična svojstva kvantne fizike da efikasno pretvori elektromagnetnu energiju u jednosmjernu (DC) električnu energiju. Istraživači su koristili ovaj novi pristup hvatanja elektrona da napajaju komercijalni termometar, prenosi LiveScience.

U studiji objavljenoj u časopisu Nature Electronics naučnici sugerišu da bi ova tehnologija mogla da se razvije kako bi napajala takozvani internet stvari (IoT) koristeći mali dio viška radiofrekventnih (RF) signala koje koriste da komuniciraju jedni sa drugima.

Rektene primaju elektromagnetne talase kao što se nalaze u radiofrekventnim (RF) signalima kao što su Wi-Fi i Bluetooth, ili različite talasne dužine svjetlosti, i hvataju ih kao naizmjeničnu struju (AC) električnu energiju putem antene. Uređaj zatim pretvara ovo u jednosmjernu električnu energiju kroz svoj ispravljački krug.

Dugo je poznato da se rektene mogu koristiti za generisanje niskih nivoa električne energije; istraživači su to demonstrirali bežično napajajući model vozila i slične eksperimente od šezdesetih. Na primjer, 1964. godine proizvođač oružja Raytheon je izveo televizijski prenos u kojem je demonstrirao daljinski kontrolisani helikopter napajan mikrotalasima.

Ali u ovim slučajeve, snaga je bila direktno usmjerena na uređaj u obliku mikrotalasne energije. Okolni radiofrekventni signali su mnogo slabiji i nisu direktno usmjereni na uređaje.

Signali

U studiji istraživači su naveli da okolini RF signali mogu da se registruju daleko ispod minus 20 decibel-milivata, jedinice mjere koja se koristi za izražavanje jačine signala. Da bismo to stavili u perspektivu, prosječni pametni telefon emituje signale na 27 dBm, dok mikrotalasna pećnica radi na 60 dBm. Da bi iskoristili veoma slabe okoline signale koje proizvode Wi-Fi i Bluetooth mreže, istraživači su se okrenuli relativno nepoznatom uglu kvantnog istraživanja.

Poznat kao spintronika, on proučava kvantni spin elektrona i kako se to odnosi na magnetna polja. Za svoju demonstraciju, istraživači su se oslanjali na svojstva magnetnih tunelskih spojeva (MTJs), komponente koja se sastoji od veoma tankog sloja izolacionog materijala umetnutog između dva magnetna sloja. MTJs se najčešće koriste u hard diskovima i korišćeni su u drugim tipovima računarske memorije.

RF signali mogu da izvrše promjenu na MTJs, u kojoj struja signala utiče na spin elektrona unutar konstrukcije. Ovo se može iskoristiti za proizvodnju električne energije.

Tim je stvorio niz „spin ispravljača“ (SRs) formiranih od MTJs, sa punim dimenzijama od 40 x 100 nanometara kvadratnih i 80 x 200 nm2, osjetljivih na frekvencije uobičajenih okolnih elektromagnetnih signala kao što su Wi-Fi (2,4 gigaherca frekvencije), 4G (2,3 do 2,6 GHz) i 5G (3,5 GHz).

Nakon što su demonstrirali efikasnost svoje komponente samostalno, istraživači su stvorili SR niz koji bi mogao da napaja komercijalno dostupan temperaturni senzor koristeći samo minus 27 dBm okoline RF.

U budućnosti, tim se nada da bi ova metoda mogla da se koristi za smanjenje ugljeničnog troška pokretanja bežičnih mreža smanjenjem zavisnosti od baterija i potrošnje energije u senzorima i drugim malim uređajima, prenosi Telegraf Nauka pisanje LiveSciencea.