Vores øjne er indstillet kun et smalt bånd af mulige bølgelængder af elektromagnetisk stråling, og om 390-700 nanometer. Hvis du ønsker at se verden på forskellige bølgelængder, ville du vide, at i et urbant område, du oplyste selv i mørke — overalt infrarød stråling, mikrobølger og radiobølger. En del af denne elektromagnetiske stråling til miljøet, er der udsendes af objekter, der spredes overalt, deres elektroner, og en del overførsel af radiosignaler og Wi-Fi signaler, der er på grundlag af vores kommunikationssystemer. Alle denne stråling, der også bærer energi.
Hvad hvis vi kunne udnytte den energi, der af elektromagnetiske bølger?
Forskere fra Massachusetts Institute of technology præsenterede en undersøgelse, der udkom i tidsskriftet Nature, hvor det er beskrevet som påbegyndt den praktiske gennemførelse af dette mål. De udviklede den første fuldt fleksibel enhed, der kan omdanne energi fra Wi-Fi-signaler til brugbar jævnstrøm el.
Enhver enhed, der kan konvertere AC-signaler (AC) til jævnstrøm (DC), kaldet rectennas: berigtigelse antenne (berigtigelse antenne). Den antenne opfanger elektromagnetiske stråling, at omdanne det til vekselstrøm. Det passerer derefter gennem diode, som konverterer det til jævnstrøm til brug i elektriske kredsløb.
For første gang rectenna blev foreslået i 1960-erne og endda bruges til at vise en model helikopter drevet af mikrobølger, 1964 opfinder William brown. På dette tidspunkt, fremtidsforskere har drømt om wireless power transmission over lange afstande, og endda bruge recten til at indsamle solenergi på satellitter og transmission til Jorden.
Optisk rectenna
I dag, nye teknikker i nanoskala giver mange nye ting. I 2015 forskere fra Georgia Institute of Technology, der er indsamlet de første optiske rectenna, i stand til at håndtere de høje frekvenser i det synlige spektrum fra kulstof-nanorør.
Mens disse nye optiske rectenna har en lav effektivitet, omkring 0,1%, og derfor ikke kan konkurrere med den stigende effektivitet af solcelle-paneler. Men den teoretiske grænse for solceller, der er baseret på rectan sandsynligvis højere end den grænse, Shockley-Kusser for solceller, og kan nå op på 100%, når det belyses med stråling af en bestemt frekvens. Dette muliggør en effektiv trådløs energioverførsel.
Den nye del af enheden MIT, tager fordel af fleksibel radio frekvens antenne, som kan opfange bølgelængder der er forbundet med Wi-Fi-signaler og konvertere dem til vekselstrøm. Så, i stedet for den traditionelle diode til at konvertere dette til DC, den nye enhed bruger “to-dimensionelle” halvleder tykkelse på kun et par atomer, der skaber en spænding, der kan bruges til magten bærbare enheder, sensorer, medicinsk udstyr og elektronik stort område.
Nye rectenna består af sådanne “to-dimensionelle” (2D) materialer — molybdæn-disulfid (MoS2), der er kun tre atomer tyk. En af dens bemærkelsesværdige egenskaber, er en reduktion af parasitisk kapacitans — tendensen af materialer i elektrisk kredsløb til at fungere som kondensatorer, der har en bestemt mængde af afgift. I elektronik, DC ‘ s kan begrænse hastigheden af signalomsættere og evne enheder til at svare til høj frekvens. Nye rectenna af molybdæn disulfid har en parasitisk kapacitans en størrelsesorden lavere end dem, der er blevet udviklet til dato, der gør enheden i stand til at fange signaler op til 10 GHz, herunder i rækken af en almindelig Wi-Fi-enheder.
I et sådant system, ville der være færre problemer i forbindelse med batterierne: dens livscyklus ville være meget længere, den elektriske enhed er opladet fra den omgivende stråling ville ikke være nødvendigt at disponere over komponenter, som i tilfældet med batterier.
“Hvad hvis vi kunne udvikle elektroniske systemer, der ombrydes omkring broen, eller som vil dække hele stammen, på væggene i vores kontor, og give elektronisk intelligens til alt det, der omgiver os? Hvordan vil du give energi til alt dette, elektronik?”, spørger co-forfatter Tomas Palacios, en Professor i elektroteknik og computervidenskab ved Massachusetts Institute of technology. “Vi har opfundet en ny måde at magt elektroniske systemer i fremtiden.”
Brug af 2D-materialer, der giver dig mulighed for billigt at producere en fleksibel elektronik, som potentielt vil give os mulighed for at placere det på et stort område for indsamling af stråling. Fleksible enheder, der kunne udstyre et Museum eller en vejbelægning, og det ville være meget billigere end ved hjælp af rectenna af traditionelle silicium halvledere eller galliumarsenid.
Er det muligt at oplade telefonen fra Wi-Fi-signaler?
Desværre, denne mulighed synes yderst usandsynligt, selv om det for mange år emnet “gratis energi” narre folk igen og igen. Problemet er, at den energi tæthed af signaler. Den maksimale effekt, der kan bruges af access point, Wi-Fi, uden en særlig licens for radio og tv, typisk 100 milliwatt (mW). Disse 100 mW, som udstråles i alle retninger, breder sig over et areal af en kugle, hvis centrum er det adgangspunkt.
Selv hvis din mobiltelefon har samlet al denne magt med 100% effektivitet til at oplade batteriet i iPhone ville stadig har brug for dage, og et lille område af telefonen og dens afstand fra adgangspunktet vil alvorligt begrænse mængden af energi, at han kunne samle fra disse signaler. Nye enhed fra MIT kan fange omkring 40 milliwatt af energi, når de udsættes for en typisk densitet Wi-Fi på 150 milliwatt: dette er ikke nok til at forsyne iPhone, men for simpel skærmen eller eksterne trådløse sensor.
Af denne grund, er det langt mere sandsynligt, at trådløs opladning til større gadgets vil stole på en induktion opladning enhed, der kan styrke enheden i en afstand af en meter, hvis der mellem den trådløse oplader facilitet intet.
Dog, den omgivende RF-energi, der kan bruges til at drive visse typer af enheder, du tror, var en Sovjetisk radioer? Og den kommende “Internet of things” helt sikkert vil bruge disse modeller levere. Det er fortsat kun at skabe sensorer med lavt strømforbrug.
Co-forfatter med jesús Grajal fra det Tekniske Universitet i Madrid, ser en potentiel anvendelse i implantabelt medicinsk udstyr: en pille, som patienten kan sluge, give information om sundhed tilbage til computeren for diagnose. “Ideelt set ville jeg ikke ønsker at bruge et batteri til magten sådanne systemer, fordi hvis de går glip af lithium, patienten kunne dø,” siger Grahl. “Det er meget bedre at samle energi fra miljøet til at nære disse små laboratorier, der er inde i kroppen og overføre data til eksterne computere.”
Den nuværende effektivitet af den enhed, der er omkring 30-40% i forhold til 50-60% for traditionelle rectan. Sammen med begreber som piezoelectricity (de materialer, der genererer elektricitet ved fysisk komprimering eller strækning), elektricitet produceret af bakterier og varme til miljøet, “trådløse” elektricitet, kan blive en af de strømkilder, for mikroelektronik i fremtiden.
Jeg håber du ikke har noget imod det faktum, at denne metode til betaling for telefonen ikke egnet? Fortæl os i vores chat i Telegrammet.