Все больше людей мечтают о беспроводной зарядке. Недавнее изобретение, созданное в Массачусетском технологическом институте, может сделать эту мечту реальностью: специалисты разработали гибкое устройство, которое улавливает энергию из сигналов Wi-Fi и преобразует ее в электричество для питания электронных устройств.
Rectenna – это новое устройство, предназначенное для преобразования электромагнитной энергии в постоянный ток. Данная разработка, созданная благодаря сотрудничеству специалистов из Массачусетского технологического института и Технического университета Мадрида, применяет радиочастотную антенну для улавливания электромагнитных волн, таких как излучение Wi-Fi, и преобразования их в сигналы переменного тока. Результаты работы представлены в журнале Nature.
Переменный ток подается на двухмерный полупроводник, который конвертирует его в постоянный, генерируя приблизительно 40 микроватт. Это значение невелико, однако его достаточно для питания светодиода или кремниевых микросхем. Поскольку Rectenna гибкая, ее можно развернуть и на больших площадях, например обоях, или использовать в небольших портативных гаджетах, таких как гибкие смартфоны — устройства, которые вот-вот появятся на рынке. Помимо этого, новая технология может быть применена даже в медицинских имплантатах и глотательных датчиках.
«Применение обычных батарей для питания медицинских приборов, предназначенных для приема внутрь пациентом, сопряжено со значительными рисками, поскольку даже незначительная утечка лития может привести к летальному исходу. Гораздо целесообразнее использовать энергию извне для питания этих миниатюрных устройств, расположенных внутри организма, и передавать полученные данные на внешние компьютеры», — рассказывает инженер Технического университета Мадрида Хесус Грахаль (Jesús Grajal).
Следует подчеркнуть, что это не единственное устройство, способное преобразовывать энергию Wi-Fi в электричество. Идея уже была известна в течение некоторого времени, и инженеры продолжают ее совершенствовать. Так, в своей работе команда исследователей использовала другой материал для выпрямителя — ту часть, которая преобразует переменный ток в постоянный. В предыдущих ректеннах он изготавливался из арсенида кремния или галлия, который не только слишком жесткий, но и довольно дорогостоящий в использовании на больших поверхностях.
Здесь исследователи применили дисульфид молибдена (MoS 2). Его толщина составляет всего три атома, и при взаимодействии с определенными химическими веществами он провоцирует изменение фазового состояния между полупроводником и металлом. Благодаря этой структуре устройство способно улавливать более высокие частоты, чем другие гибкие выпрямители, которые, например, не могут работать на гигагерцевых частотах, на которых работает Wi-Fi.
По мнению инженера из Массачусетского технологического института Сюй Чжана, данный подход обеспечил создать полностью гибкое устройство, достаточно быстрое для охвата большинства радиочастотных диапазонов, используемых нашей повседневной электроникой, включая Wi-Fi, Bluetooth, сотовую LTE и другие технологии связи. При этом стоимость этого устройства остается достаточно низкой, что позволяет применять его даже на обширных территориях. В настоящее время ученые разрабатывают более крупные ректенны и стремятся улучшить их производительность.