Vědci vytvářejí super tenký „list“, který by mohl nabíjet naše telefony sklizní Wifi ze vzduchu

Všechny Novinky
Domů Všechny novinky Vědci vytvářejí super tenký „list“, který by mohl nabíjet naše telefony sklizní Wifi ...
  • Všechny novinky
  • Věda

Vědci vytvářejí super tenký „list“, který by mohl nabíjet naše telefony sklizní Wifi ze vzduchu

Dobrá zpravodajská síť - 29. ledna 2019
Christine Daniloff / MIT News

Převod signálů Wi-Fi na elektřinu pomocí nových materiálů 2D
Zařízení vyrobené z flexibilních, levných materiálů by mohlo pohánět velkoplošnou elektroniku, nošení, lékařské přístroje a další.
Napsal Rob Matheson
MIT novinky

Představte si svět, ve kterém jsou chytré telefony, notebooky, nositelné výrobky a další elektronika napájeny bez baterií. Vědci z MIT a jinde podnikli krok tímto směrem, s prvním plně flexibilním zařízením, které dokáže převádět energii z WiFi signálů na elektřinu, která by mohla pohánět naši elektroniku.

Zařízení, která přeměňují střídavé elektromagnetické vlny na stejnosměrnou elektřinu, se nazývají „rectennas“. V nově publikované studii, která se objevuje v Příroda,Vědci demonstrují nový druh rectenna, která používá flexibilní vysokofrekvenční (RF) anténu, která zachycuje elektromagnetické vlny - včetně těch, které přenášejí WiFi - jako střídavé křivky.

Anténa je poté připojena k novému zařízení vyrobenému z dvojrozměrného polovodiče o tloušťce jen několika atomů. AC signál putuje do polovodiče, který jej převádí na stejnosměrné napětí, které by bylo možné použít k napájení elektronických obvodů nebo k dobití baterií.

PŘÍBUZNÝ: Lékaři úspěšně implantují první žebrované 3D žebro na světě - a plánují v budoucnu dělat ještě více

Tímto způsobem bezbateriové zařízení pasivně zachycuje a transformuje všudypřítomné WiFi signály na užitečné stejnosměrné napájení. Kromě toho je zařízení ohebné a může být vyrobeno v procesu válcování po válce pro pokrytí velmi velkých ploch.

'Co kdybychom mohli vyvinout elektronické systémy, které ovineme kolem mostu nebo zakrýt celou dálnici nebo zdi naší kanceláře a přivést elektronickou inteligenci ke všemu kolem nás?' Jak dodáváte energii pro tuto elektroniku? “ říká spoluautor papíru Tomás Palacios, profesor Katedry elektrotechniky a informatiky na MIT.

'Přišli jsme s novým způsobem, jak pohánět elektronické systémy budoucnosti - sbíráním energie WiFi způsobem, který je snadno integrovatelný ve velkých oblastech - přinášíme inteligenci všem objektům kolem nás.'

V experimentech může výzkumné zařízení produkovat asi 40 mikrobatů energie, když je vystaveno obvyklým úrovním výkonu signálů WiFi (přibližně 150 mikrostat). To je více než dostatek energie k rozsvícení LED nebo k pohonu křemíkových čipů.

DÍVEJ SE: Brýle s inteligentními titulky umožňují neslyšícím divákům přímý pohled na živé divadelní představení

bob ross dědictví

Mezi slibné rané aplikace pro navrhovanou rekténu patří napájení flexibilní a nositelné elektroniky, lékařských zařízení a senzorů pro „internet věcí“. Flexibilní chytré telefony jsou například horkým novým trhem pro velké technologické firmy.

Další možnou aplikací je napájení datových komunikací implantovatelných zdravotnických prostředků, říká spoluautor Jesús Grajal, výzkumný pracovník na Technické univerzitě v Madridu. Například vědci začínají vyvíjet pilulky, které mohou pacienti spolknout, a streamovat zdravotní data zpět do počítače pro diagnostiku.

'V ideálním případě nechcete používat baterie k napájení těchto systémů, protože pokud uniknou lithium, může pacient zemřít,' říká Grajal. 'Je mnohem lepší odebírat energii z prostředí, aby se tyto malé laboratoře zapojily do těla a sdělovala data externím počítačům.'

VÍCE: Podmořský robot právě dodal 100 000 žáruvzdorných dětských korálů velkému bariérovému útesu

Všechny rectennas spoléhají na komponentu známý jako 'usměrňovač', který převádí AC vstupní signál na DC napájení. Tradiční rektény používají pro usměrňovač buď arsenid křemíku nebo gallia. Tyto materiály mohou pokrývat pásmo WiFi, ale jsou rigidní. A i když použití těchto materiálů k výrobě malých zařízení je relativně levné, jejich použití na pokrytí rozsáhlých oblastí, jako jsou povrchy budov a stěn, by bylo nákladově neúnosné. Vědci se snaží tyto problémy napravit již dlouhou dobu. Několik dosud ohlášených flexibilních konečníků funguje na nízkých frekvencích a nedokáže zachytit a převést signály v gigahertzových frekvencích, kde je většina příslušných mobilních telefonů a signálů WiFi.

K vybudování jejich usměrňovače použili vědci nový 2-D materiál zvaný disulfid molybdenu (MoS2), který je na třech atomech tlustý jeden z nejtenčích polovodičů na světě. Při tom tým využil jedinečného chování MoS2: Když jsou atomy materiálu vystaveny určitým chemikáliím, uspořádají se tak, že působí jako spínač, což nutí fázový přechod z polovodiče na kovový materiál. Výsledná struktura je známá jako Schottkyho dioda, která je spojením polovodiče s kovem.

'Inženýrem MoS2 do dvojdimenzionálního polovodičového kovového fázového spojení jsme vybudovali atomově tenkou, ultrarychlou Schottkyho diodu, která současně minimalizuje sériový odpor a parazitní kapacitu,' říká první autor a EECS postdoc Xu Zhang.

DÍVEJ SE: 'Není to docela oblek Ant-Man', ale vědci objevují, jak zmenšit objekty na 1000. jejich původní velikost

Parazitní kapacita je nevyhnutelná situace v elektronice, kde určité materiály ukládají malý elektrický náboj, který zpomaluje obvod. Nižší kapacita tedy znamená zvýšené rychlosti usměrňovače a vyšší provozní frekvence. Parazitní kapacita Schottkyho diody vědců je řádově menší než dnešní nejmodernější flexibilní usměrňovače, takže při převodu signálu je mnohem rychlejší a umožňuje jí zachytit a převést až 10 gigahertzů bezdrátových signálů.

'Takový design umožnil plně flexibilní zařízení, které je dostatečně rychlé, aby pokrylo většinu vysokofrekvenčních pásem používaných naší každodenní elektronikou, včetně WiFi, Bluetooth, celulární LTE, a mnoho dalších,' říká Zhang.

Hlášená práce poskytuje plány pro další flexibilní WiFi-to-elektrické zařízení se značným výkonem a účinností. Maximální účinnost výstupu pro stávající zařízení je 40% v závislosti na vstupním výkonu WiFi. Při typické úrovni výkonu WiFi je energetická účinnost usměrňovače MoS2 přibližně 30%. Pro ilustraci, dnešní rektény vyrobené z tuhého, dražšího arzenidu křemíku nebo gallia dosahují přibližně 50 až 60%.

Tým nyní plánuje vybudovat složitější systémy a zlepšit efektivitu.

Přetištěno se souhlasem MIT News

nejdůležitější rozhodnutí, které uděláte, je mít dobrou náladu

Zapojte se pozitivitou sdílení dobré zprávy na sociální média

Coffee Cup

Chcete ranní trhnutí dobrých zpráv?


  • TAGY
  • Internet
  • Energie
  • Technologie
  • Elektřina
  • Mobily
Dobrá zpravodajská síť

Doporučený produkt

16. prosince 2018 Blog zakladatelů

Vyberte si novinky

Vyberte si novinky Vyberte kategorii Dobré rozhovory Dobrý život Dobré podnikání Dobré zdraví GNN Podcast Všechny novinky USA Svět Inspirující zvířata Směje se Dobří Země Hrdinové Děti Svépomoc Zakladatelé Blog Věda Zdraví Umění a volný čas Celebrity Sportovní Náboženství Recenze Doma Business Nejlepší videa Español Dobré kousnutí V historii Citát dne 13. března 2018 Blog zakladatelů