Znanstvenici razvijaju tehnologiju napajanja uređaja ‘strujom iz zraka’

Bežično punjenje uređaja nije ništa novo. Korisnicima pametnih telefona dobro je poznat princip da jednostavno stave telefon na podlogu za punjenje i baterija će se napuniti.

Ali što kad biste mogli koristiti telefon uvijek i bez baterije?

Upravo na tome rade znanstvenici s Nacionalnog sveučilišta u Singapuru, piše Zimo.

Naime, razvili su prototip modula za sakupljanje energije, rekli bismo, iz zraka.

Točnije, radi se o modulu (a i tehnologiji) koja ambijentalne odnosno “otpadne” radiofrekvencijske signale pretvara u istosmjerni napon koji se potom može koristiti za napajanje malih elektroničkih uređaja, bez upotrebe baterija.

Kako su istaknuli prilikom predstavljanja prototipa, tehnologije prikupljanja radiofrekvencijske energije bitne su jer smanjuju ovisnost o baterijama, produljuju životni vijek uređaja, smanjuju utjecaj na okoliš i povećavaju izvedivost bežičnih senzorskih mreža i IoT uređaja u udaljenim područjima gdje je česta zamjena baterija nepraktična.

Znanstvenici suočeni s izazovima

No, dodaju, takve tehnologije suočavaju se s izazovima zbog niske ambijentalne snage radiofrekvencijskog signala (obično manje od -20 dBm).

Trenutna tehnologija ispravljača ili ne radi ili pokazuje nisku učinkovitost pretvorbe radiofrekvencija u istosmjerni napon.

Stoga je tim istraživača NUS-a, u suradnji sa znanstvenicima sa Sveučilišta Tohoku (TU) u Japanu i Sveučilišta Messina (UNIME) u Italiji, razvio kompaktnu i osjetljivu tehnologiju ispravljača koja koristi “spin-rectifier” (povratni ispravljač) na nanoskali za pretvaranje ambijentalnih bežičnih radiofrekvencijskih signala snage manje od -20 dBm u istosmjerni napon.

Tim je optimizirao te ispravljače i dizajnirao dvije konfiguracije – jednu koja radi između -62 dBm i -20 dBm, i niz od 10 ispravljača u nizu u modulu za prikupljanje energije.

Rezultat je bio uspješno napajani komercijalni senzor temperature na -27 dBm.

– Prikupljanje ambijentalnih radiofrekvencijskih elektromagnetskih signala ključno je za unapređenje energetski učinkovitih elektroničkih uređaja i senzora. Međutim, postojeći moduli za prikupljanje energije suočavaju se s izazovima rada pri niskoj snazi ​​zbog ograničenja u postojećoj tehnologiji ispravljača, objasnio je profesor Yang Hyunsoo s Odsjeka za elektrotehniku ​​i računalno inženjerstvo na NUS College of Design and Engineering, koji je predvodio projekt.

Pojašnjavajući ovu novu tehnologiju, prof. Yang je istaknuo kako su optimizirali ispravljače za rad na niskim razinama radiofrekvencijske snage dostupnim u okolišu i integrirali niz takvih ispravljača u modul za prikupljanje energije za napajanje LED i komercijalnih senzor pri radiofrekvencijskoj snazi ​​manjoj od -20 dBm.

Naši rezultati pokazuju da je SR-tehnologiju lako integrirati i skalabilna je, olakšavajući razvoj velikih ispravljačkih nizova za razne radiofrekvencije i komunikacijske aplikacije male snage, dodao je prof. Yang.

Eksperimentalno istraživanje provedeno je u suradnji s profesorom Shunsukeom Fukamijem i njegovim timom s TU-a, dok je simulaciju proveo profesor Giovanni Finocchio s UNIME-a. Rezultati su objavljeni u prestižnom časopisu, Nature Electronics, 24. srpnja 2024.

Istraživački tim NUS-a sada istražuje integraciju antene na čipu za poboljšanje učinkovitosti i kompaktnosti ispravljačkih tehnologija.

Također namjeravaju surađivati ​​s industrijskim i akademskim partnerima za unapređenje samoodrživih pametnih sustava temeljenih na ovakvim ispravljačima na čipu.

To bi moglo utrti put kompaktnim tehnologijama na čipu za bežično punjenje i sustave detekcije signala.