tutkimus

Voimmeko koskaan ladata puhelimen Wi-Fi-signaaleista?

Silmämme on asetettu vain kapealle kaistalle.mahdolliset sähkömagneettisen säteilyn aallonpituudet, noin 390-700 nanometriä. Jos voit nähdä maailman eri aallonpituuksilla, tiedätte, että kaupunkialueella olet jopa valaistu pimeässä - infrapunasäteily, mikroaaltouunit ja radioaallot kaikkialla. Osa tästä sähkömagneettisesta säteilystä ympäristöstä syntyy sellaisista kohteista, jotka hajottavat elektroninsa kaikkialla, ja osa kuljettaa radiosignaaleja ja Wi-Fi-signaaleja, jotka ovat viestintäjärjestelmien perustana. Kaikki tämä säteily kuljettaa myös energiaa.

Entä jos voisimme käyttää sähkömagneettisten aaltojen energiaa?

Tutkijat Massachusettsin teknologiastaInstituutti esitteli Nature-lehdessä ilmestyvän tutkimuksen, jossa kuvattiin yksityiskohtaisesti, miten tämän tavoitteen käytännön toteutus aloitetaan. He kehittivät ensimmäisen täysin taivutettavan laitteen, joka voi muuntaa energian Wi-Fi-signaaleista käyttökelpoiseksi tasavirraksi.

Mikä tahansa laite, joka voi muuntaaAC-signaalit (AC) tasavirtaan (DC), nimeltään peräsuoli: tasasuuntaantenni. Antenni poimii sähkömagneettisen säteilyn ja muuntaa sen vaihtovirraksi. Sitten se kulkee diodin kautta, joka muuntaa sen tasavirraksi sähköisissä piirissä.

Rektenny ehdotettiin ensimmäisen kerran 1960-luvulla jajopa käytetään osoittamaan mallia helikopterilla, jota käyttävät mikroaaltouunit, vuonna 1964 keksijä William Brown. Tässä vaiheessa futuristit ovat jo uneksineet energian langattomasta siirrosta pitkiä matkoja ja jopa suorakulman käyttöä kosmisen aurinkoenergian keräämiseksi satelliiteista ja välittämisen maapallolle.

Optinen suora

Nykyään uudet teknologiat toimivat nanomittakaavassaanna paljon uutta. Georgia Institute of Technologyn tutkijat keräsivät vuonna 2015 ensimmäisen optisen suoraketjun, joka kykenee käsittelemään korkean taajuuden näkyvässä spektrissä hiilinanoputkista.

Toistaiseksi näillä uusilla optisilla peräsimillä onNiillä on alhainen hyötysuhde, noin 0,1 prosenttia, eikä näin ollen voi kilpailla aurinkosähköpaneelien kasvavan tehokkuuden kanssa. Mutta suora-pohjaisten aurinkokennojen teoreettinen raja on todennäköisesti korkeampi kuin Shockley-Kusserin raja-arvo aurinkokennoille, ja se voi saavuttaa 100%, kun valaistus tapahtuu tietyllä taajuudella. Tämä mahdollistaa tehokkaan langattoman tiedonsiirron.

Laitteen uusi osa, valmistaja MIT,hyödyntää joustavaa RF-antennia, joka voi kaapata Wi-Fi-signaaleihin liittyviä aallonpituuksia ja muuntaa ne vaihtovirraksi. Sitten perinteisen diodin sijaan, joka muuntaa tämän virran vakioksi, uusi laite käyttää "kaksiulotteista" puolijohdetta, vain muutamia atomeja, jotka muodostavat jännitteen, jota voidaan käyttää kuluttavien laitteiden, anturien, lääketieteellisten laitteiden tai suurten elektroniikkojen tehostamiseen.

Uudet suorat koostuvat "kaksiulotteisesta" (2D)materiaalit - molybdeenidisulfidi (MoS2), joka on vain kolme atomia. Yksi sen merkittävistä ominaisuuksista on loisten kapasitanssin väheneminen - sähköpiirien materiaalien taipumus toimia kondensaattoreina, joilla on tietty määrä latausta. DC-elektroniikassa tämä voi rajoittaa signaalinmuuntimien nopeutta ja laitteiden kykyä reagoida korkeisiin taajuuksiin. Uudella, molybdeenidisulfidista peräisin olevalla suorasuihkulla on parasiittinen kapasitanssi, joka on pienempi kuin tähän mennessä kehitetty, mikä mahdollistaa laitteen jopa 10 GHz: n signaalien sieppaamiseen, mukaan lukien tyypillisten Wi-Fi-laitteiden valikoima.

Tällaisella järjestelmällä olisi vähemmän ongelmiaparistojen kanssa: sen elinkaari olisi paljon pidempi, sähkölaitteet latautuisivat ympäristön säteilystä, eikä komponentteja tarvitse hävittää, kuten paristojen tapauksessa.

”Entä jos voisimme kehittää sähköistäjärjestelmät, jotka kaatuvat sillan ympärille tai jotka peitämme koko valtatien, toimistomme seinät ja annamme sähköisen älykkyyden kaikelle, joka ympäröi meitä? Miten voisit käyttää kaikkia tätä elektroniikkaa? ”, Massachusettsin teknologiainstituutin sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen professori Thomas Palacios kysyy. "Olemme kehittäneet uuden tavan tulevaisuuden sähköisten järjestelmien valtaan."

2D-materiaalien käyttö mahdollistaa halvantuottaa joustavaa elektroniikkaa, jonka avulla voimme sijoittaa sen suurille alueille säteilyn keräämiseksi. Joustavat laitteet voitaisiin varustaa museolla tai tienpinnalla, ja se olisi paljon halvempaa kuin perinteisen pii- tai gallium-arsenidipuolijohteiden käyttö.

Voinko ladata puhelimen Wi-Fi-signaaleista?

Valitettavasti tämä vaihtoehto näyttää äärimmäisenepätodennäköistä, vaikka vuosien varrella "vapaan energian" teema on huijata ihmisiä yhä uudelleen. Ongelmana on signaalien energiatiheys. Suurin teho, jota Wi-Fi-tukiasema voi käyttää ilman erityistä lähetyslupaa, on yleensä 100 milwattia (mW). Nämä 100 mW päästetään kaikkiin suuntiin, ja ne leviävät pallon pinnan yli, jonka keskellä on tukiasema.

Vaikka matkapuhelimesi keräsi kaikkitämä teho on 100% tehokas, se vie vielä päiviä, jolloin iPhone lataa akun, ja puhelimen pieni alue ja etäisyys tukiasemaan rajoittavat vakavasti energian määrää, jonka se voisi kerätä näistä signaaleista. Uusi MIT-laite pystyy sieppaamaan noin 40 mikrolitraa energiaa, kun se altistuu tyypilliselle Wi-Fi-tiheydelle, joka on 150 mikrolitraa: ei riitä iPhonen virransyöttöön, mutta riittää yksinkertaiseen näyttöön tai langattomaan etäanturiin.

Tästä syystä on paljon todennäköisempäälangattomien latausten tekeminen suurempien gadgeteiden osalta perustuu induktiolataukseen, joka pystyy jo antamaan laitteita jopa metrin päähän, jos langattoman laturin ja latausobjektin välillä ei ole mitään.

Kuitenkin ympäröivä radiotaajuusenergiavoidaan käyttää tietyntyyppisten laitteiden voimansiirtoon - miten Neuvostoliiton radiot toimivat mielestäsi? Tuleva "internetin internet" käyttää varmasti näitä tehomalleja. Ainoastaan ​​alhaisen virrankulutuksen antureiden luominen.

Teoksen yhteisesittelijä, Jesus Grazhal TekniseltäMadridin yliopisto näkee potentiaalisen käytön implantoitavissa lääkinnällisissä laitteissa: pilleri, jonka potilas voi niellä, siirtää terveystietoja takaisin diagnostiseen tietokoneeseen. ”Ihannetapauksessa en halua käyttää paristoja tällaisten järjestelmien tehoon, koska jos he eivät menetä litiumia, potilas voi kuolla”, Grazhal sanoo "On paljon parempi kerätä energiaa ympäristöstä voidakseen käyttää näitä pieniä laboratorioita kehon sisällä ja siirtää tietoja ulkoisiin tietokoneisiin."

Nykyisen laitteen suorituskykyon noin 30-40% verrattuna perinteisten peräsuolen 50-60%: iin. Tällaisten käsitteiden kuten pietsosähköisyyden (materiaalit, jotka tuottavat sähköä fyysisen puristuksen tai jännityksen aikana), bakteerien tuottaman sähkön ja ympäristön lämmön ohella ”langaton” sähkö voi olla tullut yksi tulevaisuuden mikroelektroniikan voimanlähteistä.

Toivon, ettet ole järkyttynyt siitä, että tämä puhelinten latausmenetelmä ei ole sopiva? Kerro meille keskusteluissamme.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!