Mokslininkai sukuria itin ploną „lapą“, kuris galėtų pakrauti mūsų telefonus, surenkant „WiFi“ iš oro

Visos Naujienos
Christine Daniloff / MIT naujienos

„Wi-Fi“ signalų pavertimas elektra naudojant naujas 2-D medžiagas
Iš lanksčių, nebrangių medžiagų pagamintas prietaisas galėtų maitinti didelio ploto elektroniką, nešiojamus daiktus, medicinos prietaisus ir kt.
Parašė Robas Mathesonas
MIT naujienos

Įsivaizduokite pasaulį, kuriame išmanieji telefonai, nešiojamieji kompiuteriai, nešiojamieji kompiuteriai ir kita elektronika yra maitinami be baterijų. MIT ir kitų šalių tyrėjai žengė žingsnį ta linkme - pirmasis visiškai lankstus prietaisas, galintis paversti „WiFi“ signalų energiją į elektrą, galinčia maitinti mūsų elektroniką.


Prietaisai, kurie kintamosios srovės elektromagnetines bangas paverčia nuolatine srove, yra vadinami „tiesiosiomis“. Naujai paskelbtame tyrime, kuris pasirodo Gamta, tyrėjai demonstruoja naujos rūšies tiesiosios formos anteną, kuri naudoja lanksčią radijo dažnio (RF) anteną, kuri fiksuoja kintamosios srovės bangų elektromagnetines bangas, įskaitant tas, kurios turi „WiFi“.

Tada antena sujungiama su nauju įtaisu, pagamintu iš dviejų matmenų, vos kelių atomų storio puslaidininkio. Kintamosios srovės signalas patenka į puslaidininkį, kuris paverčia jį nuolatine įtampa, kuri galėtų būti naudojama maitinant elektronines grandines ar įkraunant baterijas.

SUSIJĘS: Chirurgai sėkmingai implantuoja pirmąjį pasaulyje 3D atspausdintą šonkaulį - ir ateityje jie planuoja padaryti dar daugiau

Tokiu būdu prietaisas be akumuliatorių pasyviai fiksuoja ir paverčia visur esančius „WiFi“ signalus naudinga nuolatine energija. Be to, prietaisas yra lankstus ir gali būti pagamintas ritininio ritininio proceso metu, kad padengtų labai didelius plotus.


„O kas, jei mes galėtume sukurti elektronines sistemas, kurias apvyniotume aplink tiltą ar apimtume visą greitkelį, ar savo biuro sienas, ir pritrauktume elektroninę žvalgybą į viską, kas mus supa? Kaip aprūpinate energija tai elektronikai? “ sako pranešimo bendraautorius Tomás Palacios, MIT Elektros inžinerijos ir informatikos katedros profesorius.

'Mes sugalvojome naują būdą, kaip maitinti ateities elektronikos sistemas - surinkdami' WiFi 'energiją tokiu būdu, kuris lengvai integruojamas dideliuose plotuose, kad būtų galima pristatyti intelektą į kiekvieną mus supantį objektą.'


Eksperimentų metu mokslininkų prietaisas gali pagaminti apie 40 mikrovatų galios, veikiamas tipiškų „WiFi“ signalų galios lygių (maždaug 150 mikrovatų). Tai yra daugiau nei pakankamai energijos, kad įsižiebtų šviesos diodas arba varomos silicio mikroschemos.

ŽIŪRĖKITE: Išmanieji antraštės akiniai leidžia kurtiems klausytojams tiesiogiai žiūrėti tiesioginius teatro atlikėjus

Perspektyvios ankstesnės siūlomos tiesiosios linijos programos apima lanksčios ir nešiojamos elektronikos, medicinos prietaisų ir „daiktų interneto“ jutiklių maitinimą. Pavyzdžiui, lankstūs išmanieji telefonai yra nauja karšta rinka didžiausioms technologijų įmonėms.

Kita galima programa yra implantuojamų medicinos prietaisų duomenų perdavimo maitinimas, sako bendraautorius Jesúsas Grajalas, Madrido technikos universiteto mokslininkas. Pavyzdžiui, mokslininkai pradeda kurti tabletes, kurias pacientai gali nuryti, ir sveikatos duomenis grąžinti atgal į kompiuterį diagnostikai.


'Idealiu atveju nenorite naudoti baterijų šioms sistemoms maitinti, nes jei jos nutekės ličiu, pacientas gali mirti', - sako Grajal. 'Geriau surinkti energiją iš aplinkos, kad būtų galima įjungti šias mažas laboratorijoje esančias laboratorijas ir perduoti duomenis į išorinius kompiuterius.'

DAUGIAU: Povandeninis robotas ką tik pristatė 100 000 karščiui atsparių kūdikių koralų į Didįjį barjerinį rifą

Visos rektennos priklauso nuo komponento, vadinamo „lygintuvu“, kuris kintamosios srovės įvesties signalą paverčia nuolatine galia. Tradicinėse rektenose lygintuvui naudojamas silicis arba galio arsenidas. Šios medžiagos gali apimti „WiFi“ juostą, tačiau jos yra standžios. Nors naudoti šias medžiagas mažiems prietaisams gaminti yra palyginti nebrangu, naudoti jas dideliems plotams, pavyzdžiui, pastatų paviršiams ir sienoms, padengti būtų nebrangu. Mokslininkai ilgą laiką bandė išspręsti šias problemas. Tačiau kelios iki šiol praneštos lanksčios tiesiosios linijos veikia žemais dažniais ir negali užfiksuoti bei konvertuoti signalų gigahercų dažniais, kur yra dauguma atitinkamų mobiliųjų telefonų ir „WiFi“ signalų.

Norėdami sukurti savo lygintuvą, mokslininkai naudojo naują 2-D medžiagą, vadinamą molibdeno disulfidu (MoS2), kurios trijų atomų storis yra vienas iš ploniausių puslaidininkių pasaulyje. Tai darydama komanda pasinaudojo ypatingu MoS2 elgesiu: veikiant tam tikroms cheminėms medžiagoms, medžiagos atomai pertvarkomi taip, kad veiktų kaip jungiklis, priversdamas pereiti iš puslaidininkio į metalinę medžiagą. Gauta struktūra yra žinoma kaip Schottky diodas, kuris yra puslaidininkio ir metalo sandūra.

„Inžineruodami MoS2 į 2-D puslaidininkių-metalinių fazių sandūrą, mes pastatėme atomiškai ploną, ypač greitą Schottky diodą, kuris tuo pačiu sumažina serijos atsparumą ir parazitinę talpą“, - sako pirmasis autorius ir EECS postdoc Xu Zhang.

ŽIŪRĖKITE: „Tai ne visai skruzdėliškas kostiumas“, tačiau mokslininkai atranda, kaip sutraukti objektus iki 1000-ojo jų pradinio dydžio

Parazitinė talpa yra neišvengiama elektronikos situacija, kai tam tikros medžiagos kaupia šiek tiek elektros krūvio, o tai lėtina grandinę. Todėl mažesnė talpa reiškia didesnį lygintuvo greitį ir aukštesnius darbo dažnius. Mokslininkų Schottky diodo parazitinė talpa yra dydžiu mažesnė už šiuolaikinius šiuolaikinius lanksčius lygintuvus, todėl konvertuojant signalą ji yra daug greitesnė ir leidžia užfiksuoti bei konvertuoti iki 10 gigahercų belaidžių signalų.

„Toks dizainas leido visiškai lanksčiai įrengti, kuris yra pakankamai greitas, kad apimtų daugumą radijo dažnių juostų, kurias naudoja mūsų kasdieninė elektronika, įskaitant„ WiFi “,„ Bluetooth “, korinį LTE ir daugelį kitų“, - sako Zhangas.

Pateiktame darbe pateikiami kitų lanksčių „Wi-Fi – elektros“ įrenginių, pasižyminčių dideliu našumu ir efektyvumu, planai. Didžiausias dabartinio įrenginio išėjimo efektyvumas yra 40%, priklausomai nuo „WiFi“ įvesties galios. Esant tipiškam „WiFi“ galios lygiui, „MoS2“ lygintuvo energijos vartojimo efektyvumas yra apie 30%. Šiuo tikslu iš standaus, brangesnio silicio ar galio arsenido pagamintose tiesiosios žarnos pasiekia maždaug 50–60 proc.

Komanda dabar planuoja kurti sudėtingesnes sistemas ir pagerinti efektyvumą.

Perspausdinta gavus MIT naujienos

Įsijunkite pozityvumo, pasidalindami geromis naujienomis socialiniuose tinkluose