Создана технология для питания электроники «из воздуха»

Исследователи из Национального университета Сингапура (National University of Singapore, NUS) разработали технологию, которая позволяет получать электричество почти из ничего – своего рода из воздуха». Как пишет Tom’s Hardware, у них получилось трансформировать в энергию обычные электромагнитные волны, которые в форме радиосигнала распространены повсюду.

Разработанные исследователями модули-трансформаторы преобразуют радиочастотные сигналы, к коим относится, в том числе, и Wi-Fi, в постоянное напряжение. Объемы его генерации таковы, что их хватает для работы маломощных устройств, благодаря чему от использования в них аккумуляторов и тем более одноразовых батареек можно отказаться.

По мнению экспертов Tom’s Hardware, новая технология найдет свое применение в отдаленных уголках планеты, где радиосигналы есть, а постоянного доступа к электричеству, как и нескончаемых запасов батареек и аккумуляторов – нет.

Tom’s Hardware пишет, что новая технология позволят извлекать энергию пока только из низкочастотных радиосигналов. Один авторов технологии, профессор Ян Хенсу (Yang Hyunsoo) из NUS, сказал: «Мы оптимизировали спин-выпрямители для работы на низких уровнях мощности радиочастот, присутствующих в окружающей среде, и интегрировали массив таких спин-выпрямителей в модуль сбора энергии для питания светодиода и коммерческого датчика при мощности радиочастот менее -20 дБм».

Технология имеет ограничения из-за классических выпрямителей, используемых в настоящее время. По словам профессора Яна Хенсу, это связано с тем, что технология диодов Шоттки оставалась неизменной в течение десятилетий из-за термодинамических ограничений при низкой мощности. Разработка выпрямителя, необходимого для беспроводного модуля сбора энергии, представляет собой значительную проблему.

Решением, полагают эксперты, является наномасштабный спин-выпрямитель (SR), который может обеспечить лучшее преобразование беспроводных сигналов в постоянное напряжение. Это позволит SR работать с радиочастотами между -62 и -20 дБм, присутствующими в окружающей среде.

По словам исследователей, также можно разработать интегрированный копланарный SR на основе длины волны, который будет иметь большую чувствительность нулевого смещения, располагая при этом более высокой эффективностью. Ученые уже работают в этом направлении.

Ученые из Сингапура – не единственные, кто стоит за новой технологией, которая потенциально способна ощутимо сократить потребление одноразовых источников электричества. В их работе им помогли коллеги университета Тохоку в Японии и университета Мессины в Италии.

В статье, посвященной разработке, авторы прямо сказали, что их новая технология помогает снизить зависимость цивилизации от батареек. Также они упомянул о возможном снижении нагрузки на природу и продлении срока службы устройств, в которых используются небольшие АКБ, со временем деградирующие. Авторы полагают, что их творение можно использовать, например, в устройствах интернета вещей, а также в технике, где замена элементов питания не предусмотрена.

Различные технологии сбора энергии из радиочастот (Radio Frequency Energy Harvesting, RF-EH) исследовались многими учеными и раньше, и они тоже опубликовали свои выводы и результаты исследования. Так что тандем специалистов из Сингапура, Японии и Италии – не первопроходцы в этом вопросе. Тем не менее, ранее проведенные исследования работоспособной технологией пока не стали.

Но из их статей стало ясно, что для сбора энергии подходят даже частоты сотовых сетей, в том числе и широко распространенных по всей России сетей четвертого поколения – LTE или 4G. Сети Wi-Fi, которых десятки тысяч в крупных российских городах и тысячи в городах поменьше, тоже годятся.

Пока разработка европейских и азиатских ученых – это лишь теория, сроки ее коммерциализации они не приводят. Эксперты Tom’s Hardware считают, что устройство, способное преобразовывать радиосигналы в электричество, пригодится в коммерческих, научных, медицинских и личных целях.

Мир в целом пока не готов отказаться от элементов питания. Но в разных странах мира без перерыва ведутся разработки новых аккумуляторов, в которых нет лития, и которые гораздо более безопасны для людей, так как не взрываются и не горят, та и для окружающей среды. К примеру, в конце апреля 2024 г. сообщалось о натрий-ионных аккумуляторах, которые способны заряжаться всего за пару минут.