بحث

هل سنكون قادرين على شحن الهاتف من إشارات Wi-Fi؟

يتم تعيين عيوننا فقط على شريط ضيق.أطوال موجية ممكنة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، حوالي 390-700 نانومتر. إذا تمكنت من رؤية العالم بأطوال موجية مختلفة ، فستعرف أنه في منطقة حضرية ، تكون مضاءة حتى في الأشعة تحت الحمراء المظلمة ، وأجهزة الموجات الصغرية والموجات اللاسلكية في كل مكان. ينبعث جزء من هذا الإشعاع الكهرومغناطيسي من البيئة من الأشياء التي تنتشر الإلكترونات الخاصة بهم في كل مكان ، وجزء يحمل إشارات الراديو وإشارات واي فاي التي تكمن وراء أنظمة الاتصالات لدينا. كل هذا الإشعاع يحمل أيضا الطاقة.

ماذا لو استطعنا استخدام طاقة الموجات الكهرومغناطيسية؟

باحثون من تكنولوجيا ماساتشوستسقدم المعهد دراسة ظهرت في مجلة Nature ، والتي وصفت بالتفصيل كيفية البدء في التنفيذ العملي لهذا الهدف. لقد طوروا أول جهاز قابل للانحناء بالكامل يمكنه تحويل الطاقة من إشارات Wi-Fi إلى كهرباء قابلة للاستخدام في العاصمة.

أي جهاز يمكنه التحويلتسمى إشارات التيار المتردد (التيار المتردد) إلى التيار المباشر (DC) المستقيم: تصحيح الهوائي. يلتقط الهوائي الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ويحوله إلى تيار متناوب. ثم يمر عبر الصمام الثنائي الذي يحوله إلى تيار مباشر لاستخدامه في الدوائر الكهربائية.

Rektenny اقترح لأول مرة في 1960s وحتى تستخدم لإظهار نموذج طائرة هليكوبتر تعمل بالطاقة عن طريق الميكروويف في عام 1964 من قبل المخترع وليام براون. في هذه المرحلة ، كان المستقبليون يحلمون بالفعل بالنقل اللاسلكي للطاقة عبر مسافات طويلة وحتى استخدام المستطيل لجمع الطاقة الشمسية الكونية من الأقمار الصناعية ونقلها إلى الأرض.

المستقيم البصري

اليوم ، تعمل التقنيات الحديثة في مجال النانوالسماح بالكثير من الجديد. في عام 2015 ، جمع الباحثون في معهد جورجيا للتكنولوجيا أول مستطيل بصري قادر على التعامل مع الترددات العالية في الطيف المرئي من أنابيب الكربون النانوية.

حتى الآن ، هذه المستطيلات البصرية الجديدة لديهالديها كفاءة منخفضة ، حوالي 0.1 في المئة ، وبالتالي لا يمكن أن تنافس مع الكفاءة المتزايدة من الألواح الشمسية الضوئية. لكن الحد النظري للخلايا الشمسية المستندة إلى المستقيم ربما يكون أعلى من حد Shockley-Kusser للخلايا الشمسية ، ويمكن أن يصل إلى 100٪ عند إضاءة الإشعاع بتردد معين. هذا يجعل الإرسال اللاسلكي الفعال ممكن.

قطعة جديدة من الجهاز تم تصنيعها بواسطة MIT ،يستفيد من هوائي تردد راديوي مرن يمكنه التقاط أطوال موجات مرتبطة بإشارات Wi-Fi وتحويلها إلى تيار متناوب. ثم ، بدلاً من الصمام الثنائي التقليدي لتحويل هذا التيار إلى تيار ثابت ، يستخدم الجهاز الجديد أشباه الموصلات "ثنائية الأبعاد" ، بسمك قليل من الذرات فقط ، مما يخلق جهدًا يمكن استخدامه لتشغيل الأجهزة أو أجهزة الاستشعار أو الأجهزة الطبية أو الأجهزة الإلكترونية كبيرة المساحة.

تتكون القواميس الجديدة من مثل هذه "ثنائية الأبعاد" (ثنائية الأبعاد)المواد - ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) ، الذي لا يتجاوز سمكه ثلاث ذرات. واحدة من خصائصه الرائعة هي الحد من السعة الطفيلية - ميل المواد في الدوائر الكهربائية للعمل كمكثفات تحمل كمية معينة من الشحن. في إلكترونيات التيار المستمر ، قد يحد ذلك من سرعة محولات الإشارة وقدرة الأجهزة على الاستجابة للترددات العالية. تتمتع المستقيمات الجديدة من ثاني كبريتيد الموليبدينوم بسعة طفيلية بترتيب أقل من تلك التي تم تطويرها حتى الآن ، مما يسمح للجهاز بالتقاط إشارات تصل إلى 10 جيجا هرتز ، بما في ذلك في نطاق أجهزة Wi-Fi التقليدية.

سيكون لهذا النظام مشاكل أقلمع البطاريات: ستكون دورة حياتها أطول من ذلك بكثير ، وسيتم شحن الأجهزة الكهربائية من الإشعاع المحيط ولن تكون هناك حاجة للتخلص من المكونات ، كما هو الحال مع البطاريات.

"ماذا لو استطعنا تطوير الإلكترونيةالأنظمة التي ستلتف حول الجسر أو التي سنغطيها على الطريق السريع بالكامل ، وجدران مكتبنا ، ونقدم المعلومات الإلكترونية لكل ما يحيط بنا؟ كيف ستزود كل هذه الإلكترونيات بالطاقة؟ "، يسأل مؤلف مشارك توماس بالاسيوس ، أستاذ الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. "لقد توصلنا إلى طريقة جديدة لتشغيل الأنظمة الإلكترونية في المستقبل."

باستخدام المواد 2D يسمح رخيصةإنتاج إلكترونيات مرنة ، مما يسمح لنا بوضعها في مناطق واسعة لجمع الإشعاع. يمكن تجهيز الأجهزة المرنة بمتحف أو سطح طريق ، وسيكون أرخص بكثير من استخدام المستقيم من السيليكون التقليدي أو أشباه الموصلات من زرنيخيد الغاليوم.

هل يمكنني شحن هاتفي بواسطة إشارات Wi-Fi؟

لسوء الحظ ، هذا الخيار يبدو للغايةمن غير المحتمل ، على الرغم من أن موضوع "الطاقة المجانية" على مر السنين كان يخدع الناس مرارًا وتكرارًا. المشكلة هي كثافة الطاقة للإشارات. الطاقة القصوى التي يمكن أن تستخدمها نقطة الوصول إلى شبكة Wi-Fi دون ترخيص إذاعي خاص هي عادة 100 مللي واط (mW). تشع هذه 100 ميجاوات في جميع الاتجاهات ، وتنتشر على مساحة سطح الكرة ، والتي في وسطها نقطة وصول.

حتى لو كان هاتفك المحمول يجمع كل شيءتتميز هذه الطاقة بالكفاءة بنسبة 100٪ ، وسيستغرق الأمر أيامًا لشحن جهاز iPhone ، وستؤدي المساحة الصغيرة للهاتف والمسافة إلى نقطة الوصول إلى الحد بشكل كبير من كمية الطاقة التي يمكن أن تجمعها من هذه الإشارات. سيتمكن جهاز MIT الجديد من التقاط حوالي 40 ميكروواط من الطاقة عند تعريضه لكثافة شبكة Wi-Fi نموذجية تبلغ 150 ميكروواط: هذا لا يكفي لتشغيل جهاز iPhone ، ولكن يكفي لشاشة بسيطة أو جهاز استشعار لاسلكي بعيد.

لهذا السبب ، فمن الأرجح أن ذلكسيعتمد الشحن اللاسلكي للأدوات الأكبر حجمًا على الشحن التعريفي ، الذي يمكنه بالفعل تشغيل الأجهزة على بعد متر واحد إذا لم يكن هناك شيء بين الشاحن اللاسلكي وجهاز الشحن.

ومع ذلك ، فإن طاقة تردد الراديو المحيطةيمكن استخدامها لتشغيل أنواع معينة من الأجهزة - كيف تعتقد عملت أجهزة الراديو السوفيتية؟ وبالتأكيد فإن "إنترنت الأشياء" سيستخدم بالتأكيد نماذج الطاقة هذه. يبقى فقط لإنشاء أجهزة استشعار مع انخفاض استهلاك الطاقة.

شارك في تأليف العمل ، يسوع جراتشال من الفنيترى جامعة مدريد استخدامًا محتملًا في الأجهزة الطبية المزروعة: حبوب منع الحمل التي يمكن للمريض ابتلاعها سوف تنقل البيانات الصحية مرة أخرى إلى جهاز كمبيوتر تشخيصي. يقول غراتشال: "من الناحية المثالية ، لا أريد استخدام البطاريات لتشغيل مثل هذه الأنظمة ، لأنهم إذا فقدوا الليثيوم ، فقد يموت المريض". "من الأفضل بكثير جمع الطاقة من البيئة من أجل تشغيل هذه المختبرات الصغيرة داخل الجسم ونقل البيانات إلى أجهزة كمبيوتر خارجية."

أداء الجهاز الحاليحوالي 30-40 ٪ مقارنة مع 50-60 ٪ للالمستقيم التقليدي. جنبا إلى جنب مع مفاهيم مثل كهرضغطية (المواد التي تولد الكهرباء عند ضغطها جسديا أو تمدده) ، والكهرباء المولدة من البكتيريا وتسخين البيئة ، قد تصبح الكهرباء "اللاسلكية" أحد مصادر الطاقة للإلكترونيات الدقيقة المستقبلية.

أرجو ألا تشعر بالانزعاج لأن طريقة شحن الهواتف هذه ليست مناسبة؟ أخبرنا في محادثتنا في Telegram.