Ученые годами работали над тем, чтобы использовать мощность окружающих радиоволн для питания небольших устройств, и в наши дни едва ли можно найти более богатый источник этих сигналов, чем сети Wi-Fi. Исследователи продемонстрировали новый подход к использованию этих частот, разработав новый чип, который может преобразовывать их в энергию для небольшого светодиода и, возможно, другой небольшой электроники и датчиков.
За прошедшие годы мы рассмотрели ряд исследовательских проектов, направленных на получение энергии из радиоволн, например, созданных сетью Wi-Fi, и некоторые из них показали реальные перспективы. Идея состоит в том, чтобы переключить энергию этих беспроводных сетей, которая в противном случае пошла бы впустую, и использовать ее для питания электроники, но получение значительного количества энергии до сих пор оказалось проблемой.
В новой технологии, разработанной учеными из Национального университета Сингапура и Университета Тохоку в Японии, используются так называемые осцилляторы крутящего момента (spin-torque oscillators, STOs). Это относительно новый класс крошечных устройств, способных генерировать микроволны, но пока они имеют лишь низкую выходную мощность.
Объединение нескольких STO вместе на одной микросхеме - это один из способов, которым ученые надеются увеличить эту выходную мощность, но они столкнулись с проблемами при определении оптимальной конфигурации, при этом усилия до сих пор сопровождались проблемами, связанными с разнесением по интервалам и низкочастотными характеристиками откликов. Авторы нового исследования разработали и протестировали новую схему, в которой восемь STO соединены последовательно, что, по их словам, решает эти проблемы.
Массив был способен принимать радиоволны 2,4 ГГц, генерируемые сигналами Wi-Fi, и превращать их в сигнал постоянного напряжения. Он был передан на конденсатор и использовался для подсвечивания светодиода на 1,6 В. Зарядка конденсатора в течение пяти секунд позволяла светодиоду оставаться включенным в течение минуты даже после отключения питания.
Исследователи держат в руках микросхему с набором крошечных устройств, называемых осцилляторами крутящего момента, которые способны вырабатывать энергию для светодиода. Фото: National University of Singapore
«Мы окружены сигналами Wi-Fi, но когда мы не используем их для доступа в Интернет, они неактивны, и это огромная трата», - говорит автор исследования, профессор Ян Хёнсу. «Наш последний результат - это шаг к превращению доступных радиоволн 2,4 ГГц в экологически чистый источник энергии, тем самым снижая потребность в батареях для питания электроники, которую мы регулярно используем. Таким образом, небольшие электрические устройства и датчики могут получать питание по беспроводной сети с помощью радиочастотных волн как части Интернета вещей. С появлением умных домов и городов наша работа может привести к появлению энергоэффективных приложений в коммуникационных, вычислительных и нейроморфных системах».
Теперь исследователи будут стремиться повысить способность своих технологий к сбору энергии за счет увеличения количества STO в массиве. Они также изучат, как его можно использовать для питания других электронных устройств и датчиков.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: New Atlas / National University of Singapore
