onderzoek

Zullen we ooit in staat zijn om de telefoon op te laden via wifi-signalen?

Onze ogen zijn alleen op een smalle band geplaatst.mogelijke golflengten van elektromagnetische straling, ongeveer 390-700 nanometer. Als je de wereld op verschillende golflengten zou kunnen zien, zou je weten dat je in een stedelijk gebied zelfs in de donkere infraroodstraling, microgolven en radiogolven overal wordt verlicht. Een deel van deze elektromagnetische straling van de omgeving wordt uitgezonden door objecten die hun elektronen overal verspreiden, en een onderdeel draagt ​​radiosignalen en wifi-signalen die ten grondslag liggen aan onze communicatiesystemen. Al deze straling draagt ​​ook energie.

Wat als we de energie van elektromagnetische golven zouden kunnen gebruiken?

Onderzoekers van de Massachusetts-technologieInstituut presenteerde een studie die verscheen in het tijdschrift Nature, waarin in detail werd beschreven hoe de praktische implementatie van dit doel moest beginnen. Ze ontwikkelden het eerste volledig buigbare apparaat dat energie van wifi-signalen kan omzetten in bruikbare gelijkstroom.

Elk apparaat dat kan converterenAC-signalen (AC) voor gelijkstroom (DC), rectaal genoemd: rectificerende antenne. De antenne pikt elektromagnetische straling op en zet deze om in wisselstroom. Vervolgens passeert het een diode die het omzet in gelijkstroom voor gebruik in elektrische circuits.

Rektenny werd voor het eerst voorgesteld in de jaren zestig enzelfs gebruikt om het model van een helikopter met microgolven aan te tonen, in 1964 door uitvinder William Brown. In dit stadium hebben de futuristen al gedroomd van draadloze transmissie van energie over lange afstanden en zelfs het gebruik van de rectilla om ruimte-zonne-energie van satellieten te verzamelen en naar de aarde over te brengen.

Optische rectenna

Tegenwoordig werken nieuwe technologieën op nanoschaallaat veel nieuw toe. In 2015 verzamelden onderzoekers van het Georgia Institute of Technology de eerste optische rectenna die in staat is hoge frequenties in het zichtbare spectrum van koolstofnanobuizen af ​​te handelen.

Tot nu toe hebben deze nieuwe optische rechthoekenhebben een laag rendement, ongeveer 0,1 procent, en kunnen daarom niet concurreren met de groeiende efficiëntie van fotovoltaïsche zonnepanelen. Maar de theoretische limiet voor op recten gebaseerde zonnecellen is waarschijnlijk hoger dan de Shockley-Kusser-limiet voor zonnecellen en kan 100% bedragen wanneer deze wordt belicht met straling van een bepaalde frequentie. Dit maakt efficiënte draadloze transmissie mogelijk.

Het nieuwe deel van het apparaat, vervaardigd door MIT,maakt gebruik van een flexibele RF-antenne die golflengten kan opvangen die zijn gekoppeld aan wifi-signalen en deze kan converteren naar wisselstroom. In plaats van de traditionele diode om deze stroom in een constante om te zetten, gebruikt het nieuwe apparaat een "tweedimensionale" halfgeleider, slechts enkele atomen dik, waardoor een spanning wordt gecreëerd die kan worden gebruikt voor het voeden van draagbare apparaten, sensoren, medische apparaten of grote gebiedselektronica.

Nieuwe rectennes bestaan ​​uit zo'n "tweedimensionaal" (2D)materialen - molybdeendisulfide (MoS2), dat slechts drie atomen dik is. Een van zijn opmerkelijke eigenschappen is de vermindering van parasitaire capaciteit - de neiging van materialen in elektrische circuits om op te treden als condensatoren die een bepaalde hoeveelheid lading vasthouden. Bij dc-elektronica kan dit de snelheid van signaalomzetters en het vermogen van apparaten om te reageren op hoge frequenties beperken. Nieuw rectibeen van molybdeendisulfide heeft een parasitaire capaciteit die een orde van grootte lager is dan die tot nu toe is ontwikkeld, waardoor het apparaat signalen tot 10 GHz kan opvangen, inclusief in het bereik van typische Wi-Fi-apparaten.

Een dergelijk systeem zou minder problemen hebbenmet batterijen: zijn levenscyclus zou veel langer zijn, elektrische apparaten zouden worden opgeladen door omgevingsstraling en er zou geen noodzaak zijn om de componenten weg te gooien, zoals het geval is met batterijen.

"Wat als we elektronisch konden ontwikkelensystemen die zich om de brug wikkelen of die we over de hele snelweg, de wanden van ons kantoor zullen bedekken en elektronische intelligentie geven aan alles wat ons omringt? Hoe ga je al deze elektronica voeden? ", Vraagt ​​mede-auteur Thomas Palacios, hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan het Massachusetts Institute of Technology. "We hebben een nieuwe manier bedacht om de elektronische systemen van de toekomst van stroom te voorzien."

Het gebruik van 2D-materialen maakt goedkoopproduceren flexibele elektronica, die ons mogelijk in staat stellen om het op grote gebieden te plaatsen om straling te verzamelen. Flexibele apparaten kunnen worden uitgerust met een museum of een wegdek, en het zou veel goedkoper zijn dan het gebruik van rectenna uit traditionele silicium of gallium arsenide halfgeleiders.

Kan ik mijn telefoon opladen met wifi-signalen?

Helaas lijkt deze optie extreemonwaarschijnlijk, hoewel vele jaren het thema van "vrije energie" mensen steeds weer voor de gek houden. Het probleem is de energiedichtheid van de signalen. Het maximale vermogen dat een Wi-Fi-toegangspunt kan gebruiken zonder een speciale uitzendlicentie is meestal 100 milliwatt (mW). Deze 100 mW worden in alle richtingen uitgestraald, verspreid over het oppervlak van de bol, in het midden waarvan een toegangspunt is.

Zelfs als je mobiele telefoon alles heeft verzamelddeze stroom is 100% efficiënt, het zou nog dagen duren voordat de iPhone de batterij oplaadt, en het kleine gedeelte van de telefoon en de afstand tot het toegangspunt zouden de hoeveelheid energie die het van deze signalen zou kunnen verzamelen, ernstig beperken. Het nieuwe MIT-apparaat kan ongeveer 40 microwatt energie vastleggen wanneer het wordt blootgesteld aan een typische wifi-dichtheid van 150 microwatt: niet genoeg om de iPhone van stroom te voorzien, maar voldoende voor een eenvoudig scherm of een draadloze sensor op afstand.

Om deze reden is dit veel waarschijnlijkerdraadloos opladen voor grotere gadgets is afhankelijk van inductieladen, die al in staat zijn om de apparaten tot op een meter afstand van stroom te voorzien als er niets tussen de draadloze oplader en het op te laden object staat.

Echter, de omringende radiofrequentie-energiekan worden gebruikt om bepaalde typen apparaten van stroom te voorzien - hoe denk je dat Sovjet-radio's werkten? En het komende "internet der dingen" zal deze energiemodellen zeker gebruiken. Het blijft alleen om sensoren te maken met een laag stroomverbruik.

Co-auteur van het werk, Jezus Grazhal van de TechnischeUniversiteit van Madrid ziet potentieel gebruik in implanteerbare medische apparaten: een pil die een patiënt kan slikken, zal gezondheidsgegevens overbrengen naar een diagnostische computer. "Ik zou idealiter geen batterijen willen gebruiken om dergelijke systemen van stroom te voorzien, want als ze lithium missen, kan de patiënt doodgaan," zegt Grazhal. "Het is veel beter om energie uit de omgeving te verzamelen om deze kleine laboratoria in het lichaam van stroom te voorzien en gegevens naar externe computers over te brengen."

Huidige apparaatprestatiesis ongeveer 30-40% vergeleken met 50-60% voor traditionele recten. Samen met concepten als piëzo-elektriciteit (materialen die elektriciteit genereren bij fysieke compressie of spanning), elektriciteit die wordt gegenereerd door bacteriën en de hitte van het milieu, kan "draadloze" elektriciteit een van de krachtbronnen worden voor toekomstige micro-elektronica.

Ik hoop dat je niet boos bent dat deze manier van opladen voor telefoons niet geschikt is? Vertel het ons in onze chat in Telegram.