Mūsų akys yra nukreiptos tik į siaurą galimų elektromagnetinės spinduliuotės bangos ilgių juostą, maždaug 390–700 nanometrų. Jei galėtumėte pamatyti pasaulį skirtingais bangos ilgiais, žinotumėte, kad miesto zonoje esate apšviestas net tamsoje - visur yra infraraudonoji spinduliuotė, mikrobangos ir radijo bangos. Dalį šios aplinkos elektromagnetinės spinduliuotės skleidžia objektai, kurie paskleidžia savo elektronus visur, o kai kurie perduoda radijo ir „Wi-Fi“signalus, kurie yra mūsų ryšių sistemų pagrindas. Visa ši spinduliuotė taip pat neša energiją.
O jei mes galėtume panaudoti elektromagnetinių bangų energiją?
Masačusetso technologijos instituto mokslininkai pristatė žurnale „Nature“pasirodžiusį tyrimą, kuriame išsamiai aprašyta, kaip jie praktiškai įgyvendino šį tikslą. Jie sukūrė pirmąjį visiškai sulankstomą įrenginį, kuris gali paversti „Wi-Fi“signalų energiją tinkama naudoti nuolatine elektros energija.
Bet koks įtaisas, galintis konvertuoti kintamosios srovės signalus į nuolatinę srovę (DC), vadinamas taisomąja antena. Antena paima elektromagnetinę spinduliuotę, paversdama ją kintama srove. Tada jis praeina per diodą, kuris paverčia jį nuolatine srove, skirta naudoti elektros grandinėse.
Pirmą kartą tiesiosios žarnos buvo pasiūlytos praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje, o 1964 m. Išradėjas Williamas Brownas netgi buvo panaudotas demonstruoti sraigtasparnio modelį su mikrobangų krosnele. Šiame etape futuristai jau svajojo apie bevielį energijos perdavimą dideliais atstumais ir netgi tiesiosios žarnos naudojimą saulės kosminės energijos surinkimui iš palydovų ir perdavimui į Žemę.
Optinė tiesioji
Reklaminis vaizdo įrašas:
Šiandien naujos technologijos, skirtos dirbti su nanometrinėmis skalėmis, leidžia daug ką naujo. 2015 m. Džordžijos technologijos instituto mokslininkai iš anglies nanovamzdelių surinko pirmąją optinę tiesiąją galią, galinčią valdyti aukštus matomo spektro dažnius.
Kol kas šių naujų optinių rektenų efektyvumas yra mažas, maždaug 0,1 proc., Todėl negali konkuruoti su didėjančiu fotovoltinių saulės baterijų efektyvumu. Bet teorinė saulės spindulių elementų riba tikriausiai yra didesnė už „Shockley-Kuisser“saulės elementų ribą ir gali būti 100% apšviesta tam tikro dažnio spinduliuote. Tai įgalina efektyvų belaidį energijos perdavimą.
Naujoje prietaiso dalyje, kurią gamina MIT, naudojama lanksti RF antena, galinti užfiksuoti bangų ilgius, susijusius su „Wi-Fi“signalais, ir paversti juos kintama srove. Tada vietoj tradicinio diodo, kuris konvertuoja tą srovę į nuolatinę įtampą, naujasis prietaisas naudoja „dviejų matmenų“puslaidininkį, kurio storis vos keli atomai, sukuriant įtampą, kurią galima naudoti nešiojamiems prietaisams, jutikliams, medicinos prietaisams ar didelio ploto elektronikai maitinti.
Naujosios tiesiosios žarnos yra pagamintos iš dvimačių (2D) medžiagų - molibdeno disulfido (MoS2), kurio storis yra tik trys. Viena iš jo nepaprastų savybių yra parazitinės talpos sumažėjimas - elektrinėse grandinėse esančių medžiagų polinkis veikti kaip kondensatoriai, laikantys tam tikrą krūvį. DC elektronikoje tai gali apriboti signalo keitiklių greitį ir prietaisų galimybę reaguoti į aukštus dažnius. Naujų molibdeno disulfido rektenų parazitinė talpa yra pagal dydį mažesnė nei iki šiol sukurta, o tai leidžia įrenginiui fiksuoti iki 10 GHz signalus, įskaitant tipiškų „Wi-Fi“įrenginių diapazoną.
Tokia sistema turėtų mažiau problemų dėl baterijų: jos gyvavimo ciklas būtų daug ilgesnis, elektros prietaisai būtų įkraunami aplinkos spinduliavimu ir nereikėtų išmesti komponentų, kaip yra akumuliatorių atveju.
„O jei mes galėtume sukurti elektronines sistemas, kurios apvyniotų tiltą arba apimtų visą greitkelį, mūsų biuro sienas ir suteiktų elektroninę žvalgybą viskam, kas mus supa? Kaip ketinate valdyti visą šią elektroniką? “- klausia bendraautorius Thomasas Palaciosas, Masačusetso technologijos instituto Elektros inžinerijos ir kompiuterijos katedros profesorius. "Mes sukūrėme naują būdą, kaip valdyti ateities elektronines sistemas."
2D medžiagų naudojimas leidžia pigiai gaminti lanksčią elektroniką, todėl galime jas patalpinti dideliuose plotuose radiacijai rinkti. Lankstus prietaisas galėtų būti naudojamas įrengiant muziejų ar kelio dangą, ir tai būtų daug pigiau nei naudojant tradicinių silicio ar galio arsenido puslaidininkių rektenas.
Ar galiu įkrauti telefoną iš „Wi-Fi“signalų?
Deja, šis variantas atrodo labai mažai tikėtinas, nors bėgant metams „laisvosios energijos“tema žmones vėl ir vėl apgavo. Problema slypi signalų energijos tankyje. Didžiausia galia, kurią „Wi-Fi“viešosios interneto prieigos taškas gali naudoti be specialios transliavimo licencijos, paprastai yra 100 milivatų (mW). Šis 100 mW spinduliuoja visomis kryptimis, pasklidęs rutulio, kurio centras yra AP, paviršiaus plote.
Net jei jūsų mobilusis telefonas surinktų visą šią galią 100 procentų efektyvumu, vis tiek užtruks kelias dienas, kol įkrausite „iPhone“akumuliatorių, o mažas telefono pėdsakas ir atstumas iki viešosios interneto prieigos taško labai apribotų energijos kiekį, kurį jis galėtų surinkti iš šių signalų. Naujasis „MIT“įrenginys galės užfiksuoti apie 40 mikrovatų galios, kai veikiamas įprasto 150 mikrovatų „Wi-Fi“tankio: to nepakanka „iPhone“maitinti, bet pakanka paprastam ekranui ar nuotoliniam belaidžiui jutikliui.
Dėl šios priežasties daug labiau tikėtina, kad belaidis didesnių įtaisų įkrovimas priklausys nuo indukcinio įkrovimo, kuris jau dabar gali maitinti įrenginius iki metro, jei tarp belaidžio įkroviklio ir įkrovimo objekto nėra nieko.
Tačiau supanti radijo dažnių energija gali būti naudojama tam tikrų tipų prietaisams maitinti - kaip, jūsų manymu, veikė sovietiniai radijo imtuvai? O būsimasis „daiktų internetas“tikrai naudos šiuos maisto modelius. Belieka tik sukurti mažo energijos suvartojimo jutiklius.
Bendraautorius Jesúsas Grajalis iš Madrido technikos universiteto mato galimą naudojimą implantuojamuose medicinos prietaisuose: tabletė, kurią pacientas gali nuryti, sveikatos duomenis grąžins atgal į kompiuterį diagnozei nustatyti. „Idealiu atveju nenorėtume naudoti baterijų tokioms sistemoms maitinti, nes jei jos praleidžia ličių, pacientas gali mirti“, - sako Grajal. "Geriau surinkti energiją iš aplinkos, kad šios mažos laboratorijos veiktų kūno viduje ir perduotų duomenis į išorinius kompiuterius."
Dabartinis prietaiso efektyvumas yra apie 30–40%, palyginti su 50–60% tradicinių tiesiosios raidės. Kartu su tokiomis sąvokomis kaip pjezoelektrinis (medžiagos, gaminančios elektrą, kai jos fiziškai suspaustos ar ištemptos), bakterijų generuojama elektra ir aplinkos šiluma, „belaidė“elektra gali tapti vienu iš ateities mikroelektronikos energijos šaltinių.
Ilja Khelis