Įsivaizduokite pasaulį, kuriame išmanieji telefonai, nešiojamieji kompiuteriai, nešiojamieji kompiuteriai ir kita elektronika veikia be baterijų. Masačusetso technologijos instituto mokslininkai žengė žingsnį šia linkme išleidę pirmąjį visiškai lankstų įrenginį, kuris gali paversti „Wi-Fi“signalų energiją elektra į galios elektroniką.
Kas yra rectenna
Tiesioji yra įtaisas, kuris kintamosios srovės elektromagnetines bangas paverčia nuolatine. Tyrėjai aprašė naują jos rūšį žurnale „Nature“. Jis naudoja lanksčią radijo dažnio anteną, kuri fiksuoja elektromagnetines bangas, įskaitant „Wi-Fi“. Jis jungiasi su kelių atomų storio dvimatiu puslaidininkiu. Kintama srovė teka į puslaidininkį, kuris paverčia jį nuolatine srove, kuri leidžia jums maitinti elektronines grandines arba įkrauti baterijas.
Taigi prietaisas pasyviai fiksuoja ir konvertuoja „Wi-Fi“signalus į nuolatinę srovę. Jis yra lankstus ir gali būti gaminamas ritiniais, kad padengtų didelį plotą.
Naujas būdas valdyti daiktų internetą
„O jei sukursime elektronines sistemas, kurios apvynios tiltą, arba uždengs visą greitkelio ar biuro sienas ir suteiks elektroninę žvalgybą viskam, kas mus supa? Kaip mes maitiname visą šią elektroniką? Klausia bendraautoriaus Thomas Palacioso, Elektros inžinerijos ir informatikos katedros profesoriaus, Grafeno įrenginių ir 2D sistemų centro direktoriaus mikrosistemų technologijos laboratorijose. "Mes sukūrėme naują būdą, kaip maitinti ateities elektronines sistemas, surinkdami" Wi-Fi "energiją tokiu būdu, kurį galima lengvai integruoti dideliuose plotuose, kad visi aplink esantys objektai įgytų žvalgybos."
Reklaminis vaizdo įrašas:
Perspektyvios ankstyvosios siūlomos tiesiosios linijos programos apima lanksčios ir nešiojamos elektronikos, medicinos prietaisų ir daiktų interneto jutiklių maitinimą. Pavyzdžiui, lankstūs išmanieji telefonai yra nauja karšta rinka didelėms technologijų įmonėms. Eksperimentinis prietaisas generuoja apie 40 μW galios veikiant tipiniams „Wi-Fi“signalo galios lygiams (apie 150 μW). Tai yra daugiau nei pakankamai, kad užsidegtų paprastas mobiliojo telefono ekranas ar maitinimo lustai.
Taikymas medicinoje
Pasak Madrido technikos universiteto mokslininko Jesúso Grajalio, viena iš galimų kūrimo programų yra implantuojamų medicinos prietaisų duomenų perdavimas. Pavyzdžiui, tabletės, perduodančios duomenis apie paciento sveikatą į kompiuterį, kad būtų galima diagnozuoti vėliau.
„Pavojinga naudoti baterijas šioms sistemoms maitinti, nes jei ličio nutekės, pacientas mirs“, - sako Grahalas. "Geriau surinkti energiją iš aplinkos, kad šios mažos laboratorijos veiktų kūno viduje ir perduotų duomenis į išorinius kompiuterius."
Lankstus lygintuvas
Visos tiesiosios linijos priklauso nuo komponento, vadinamo „lygintuvu“, kuris kintamą srovę paverčia nuolatine. Tradicinėse rektenose lygintuvas gaminamas iš silicio arba galio arsenido. Šios medžiagos gali aprėpti „Wi-Fi“dažnius, tačiau jos yra sunkios. Nors juos palyginti pigu naudoti mažiems prietaisams gaminti, didelių plotų, tokių kaip pastatų paviršiai ir sienos, uždengimas būtų pernelyg brangus. Tyrėjai jau seniai bandė išspręsti šias problemas. Tačiau kelios lanksčios tiesiosios linijos, apie kurias pranešta iki šiol, veikia žemais dažniais ir negali užfiksuoti bei konvertuoti gigahercų signalų, kurie yra dauguma mobiliųjų telefonų ir „Wi-Fi“signalų.
Norėdami sukurti savo lygintuvą, mokslininkai naudojo naują dvimatę medžiagą - molibdeno disulfidą (MoS2), kuris, esant 3 atomų storiui, yra vienas iš ploniausių puslaidininkių įtaisų pasaulyje. Komanda naudojo neįprastą MoS2 elgesį: veikiant tam tikroms cheminėms medžiagoms, medžiagos atomai persitvarko taip, kad veiktų kaip jungiklis, sukeldamas fazės perėjimą iš puslaidininkio į metalinę medžiagą. Ši struktūra yra žinoma kaip Schottky diodas.
„Kurdami MoS2 2D puslaidininkių ir metalų fazių perėjime, mes pastatėme ploną, ypač greitą Schottky diodą, kuris tuo pačiu sumažina atsparumą serijoms ir parazitinę talpą“, - sako projekto autorius Xu Zhangas.
Parazitinė talpa elektronikoje neišvengiama. Kai kurios medžiagos sukuria nedidelį elektros krūvį, kuris sulėtina grandinę. Vadinasi, mažesnė talpa reiškia didesnį lygintuvo greitį ir aukštesnius darbo dažnius. „Schottky“diodo parazitinė talpa yra dydžiu mažesnė nei šiuolaikiniai lankstūs lygintuvai, todėl jis signalą paverčia daug greičiau ir leidžia užfiksuoti bei konvertuoti iki 10 GHz dažnio.
„Šis dizainas turi visiškai lankstų įrenginį, kuris yra pakankamai greitas, kad apimtų daugumą radijo dažnių juostų, kurias naudoja kasdieninė elektronika, įskaitant„ Wi-Fi “,„ Bluetooth “, korinį LTE ir dar daugiau“, - sako Zhangas.
Lanksčios tiesiosios linijos efektyvumas
Aprašytame darbe siūlomi kitų didelio našumo lanksčių įtaisų brėžiniai. Didžiausias dabartinio įrenginio išvesties efektyvumas yra vidutiniškai 40% ir priklauso nuo „Wi-Fi“galios. „MoS2“lygintuvo tipinis efektyvumas yra 30%. Kaip pavyzdį, iš kietesnio ir brangesnio silicio arba galio arsenido pagamintų tiesiosios žarnos efektyvumas siekia 50–60%.
Kūrėjų komanda dabar planuoja kurti sudėtingesnes sistemas ir pagerinti technologijos efektyvumą.
Autorius: Sergejus Protsas