Rectenna: Elektrina získaná zo signálu Wi-Fi by mohla napájať prenosnú elektroniku, smartfóny či implantáty

Predstavte si, že by váš smartfón, notebook, nositeľná či iná elektronika nepotrebovali na napájanie batériu. Výskumníci z Massachusettskej technologickej univerzity uskutočnili krok týmto smerom. Vyvíjajú zariadenie, ktoré dokáže konvertovať energiu zo signálov Wi-Fi na elektrickú energiu, ktorá by mohla napájať elektroniku. Zariadenie premieňajúce AC elektromagnetické vlny na elektrickú energiu je známe ako „rectenna“ (rectifying antenna – usmerňovacia anténa).

Výskumníci opísali nový druh rectenny v štúdii uverejnenej v časopise Nature. Ide o flexibilnú rádiofrekvenčnú anténu, ktorá zachytáva elektromagnetické vlny vrátane tých, ktoré prenášajú signály Wi-Fi. Anténa je potom pripojená k novému zariadeniu vyrobenému z dvojrozmerného polovodiča s hrúbkou len niekoľkých atómov. Polovodič konvertuje signál na jednosmerný prúd, ktorý by sa dal použiť na napájanie elektronických obvodov alebo na nabíjanie batérií.

Aplikácia navrhovanej rectenny zahŕňa napájanie flexibilnej a prenosnej elektroniky, zdravotníckych pomôcok a senzorov pre internet vecí. Horúcim novým trhom pre ňu sú napríklad ohybné smartfóny. V experimentoch výskumných pracovníkov zariadenie vyprodukovalo približne 40 mikrowattov energie, ak bolo vystavené typickému vysielaciemu výkonu Wi-Fi (okolo 150 mikrowattov).

Ak sa bude energia akumulovať napríklad v kondenzátore, na napájanie úsporných čipov, ktoré budú väčšinu času v hibernácii, by to mohlo stačiť. Ďalšia možná aplikácia je napájanie dátovej komunikácie implantovateľných lekárskych zariadení. Na napájanie takýchto systémov nie je vhodné používať batérie, pretože lítium uniknuté z nich by mohlo spôsobiť pacientovu smrť.

Dôležitý komponent rectenny je „usmerňovač“ (rectifier), ktorý konvertuje vstupný signál AC na jednosmerný prúd. Niektoré flexibilné rectenny však fungujú na nízkych frekvenciách a nemôžu zachytiť a konvertovať signály v gigahertzových frekvenciách, ako sú signály mobilných telefónov a Wi-Fi. Staršie rectenny používali ako usmerňovač kremík alebo arzenid gália. Tieto materiály síce môžu pokryť pásmo Wi-Fi, ale sú tuhé. Pomerne lacno sa z nich dajú vyrobiť malé zariadenia, ale pokryť nimi rozsiahle plochy by bolo nákladné.

Výskumníci z MIT preto použili pri stavbe svojho usmerňovača 2D materiál nazývaný disulfid molybdénu (MoS₂), ktorý má hrúbku troch atómoch a je to jeden z najtenších polovodičov na svete. Keď je tento materiál vystavený určitým chemikáliám, jeho atómy sa usporiadajú spôsobom, ktorý funguje ako prepínač a vynúti fázový prechod z polovodiča na kovový materiál. Výsledná štruktúra je známa ako Schottkyho dióda, ktorá je spojením polovodiča s kovom. Takéto zariadenie dokáže meniť na jednosmerný prúd rádiové frekvencie s rozsahom až do 10 GHz.

Maximálna výkonová efektivita súčasného zariadenia je v závislosti od výkonu Wi-Fi vstupu okolo 30 až 40 percent. Na porovnanie, veľké experimentálne rectenny vyrobené z tuhého a drahšieho kremíka alebo arzenidu gália dosahujú účinnosť okolo 50 až 60 percent. Výskumný tím chce teraz budovať komplexnejšie systémy a zvyšovať efektivitu.

Zdroj: news.mit.edu.