Исследователи из Национального университета Сингапура (National University of Singapore, NUS) разработали технологию, которая позволяет получать электричество из... радиоволн, которыми пронизана атмосфера Земли.
Об этом сообщает многоязычное научно-технологическое издание Tom’s Hardware, предсказывающее забвение всем хорошо известным аккумуляторам и батарейкам. Как следует из публикации, сингапурцам удалось трансформировать в электричество обычные электромагнитные волны, которые в форме радиосигнала распространены повсюду.
Разработанные исследователями модули-трансформаторы преобразуют радиочастотные сигналы в постоянное напряжение. Объемы генерации таковы, что их хватает для работы маломощных устройств вроде наручных кварцевых часов и бытовых весов. Благодаря этому можно отказаться от использования в них одноразовых батареек. Для сбора энергии подходят даже частоты сотовых сетей. В том числе широко распространенных по всему миру сетей четвертого поколения LTE и 4G. Сети Wi-Fi, которых сотни тысяч в крупных городах, тоже годятся.
Технология способна заменить и другие элементы питания. Но получение с ее помощью значительных объемов электроэнергии — дело будущего. Поэтому, по мнению экспертов Tom’s Hardware, на первых порах новая технология найдет применение в отдаленных уголках планеты. То есть там, где есть радиосигналы, но нет постоянного доступа к электричеству и легкодоступных запасов батареек и аккумуляторов.
Дело в том, что пока новая технология позволяет извлекать энергию только из низкочастотных радиосигналов. «Мы оптимизировали спин-выпрямители для работы на низких уровнях мощности радиочастот, присутствующих в окружающей среде, — объясняет один из авторов технологии профессор Ян Хенсу из NUS. — А затем интегрировали массив таких спин-выпрямителей в модуль сбора энергии для питания светодиода и коммерческого датчика при мощности радиочастот менее минус 20 децибел на милливатт (дБм)».
Спин-выпрямители в электрорадиотехнике — устройства для преобразования переменного напряжения в постоянное, которое требуется для многих видов приборов и оборудования. А указанная мощность в отрицательных децибелах на милливатт присутствует в наименьшем спектре радиочастот.
Технология имеет ограничения из-за классических выпрямителей, используемых в настоящее время. По словам профессора Яна Хенсу, это связано с тем, что технология оставалась неизменной в течение десятилетий из-за термодинамических ограничений при низкой мощности. Разработка выпрямителя, необходимого для беспроводного модуля сбора больших объемов электроэнергии, 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 минус 62 и минус 20 дБм, присутствующими в окружающей среде.
По словам исследователей, можно также разработать интегрированный копланарный (в одной или параллельных плоскостях) SR на основе длины волны. Он будет иметь большую чувствительность, располагая при этом более высокой эффективностью. Ученые уже работают в этом направлении. Эксперты Tom’s Hardware считают, что устройство, способное преобразовывать радиосигналы в электричество, пригодится в коммерческих, научных, медицинских и личных целях.
Специалисты из Сингапура — не единственные, кто стоит за новой технологией, которая потенциально способна ощутимо сократить потребление одноразовых источников электричества. Работу сингапурцев дополняют коллеги из Университета Тохоку в Японии и Университета Мессины в Италии. В другой статье они рассказали, что технология помогает не только снизить практическую зависимость от батареек. Она также обещает уменьшение нагрузки на окружающую среду и продление срока службы устройств, в которых используются небольшие, со временем деградирующие источники электропитания, уходящие в отходы. Авторы полагают, что их разработку можно использовать, например, в устройствах интернета вещей, а также в технике, где замена элементов питания вообще не предусмотрена.
Различные варианты извлечения энергии из радиочастот (Radio Frequency Energy Harvesting, RFEH) исследовались многими учеными и раньше. Они тоже публиковали свои выводы и результаты исследований. Так что специалисты из Сингапура, Японии и Италии в решении этой проблемы не первопроходцы. Но если более ранние исследования до работоспособной технологии не продвигались, то теперь ее внедрение не за горами. И проблема сводится к масштабам извлечения электричества из радиоволн.
Мир в целом пока не готов отказаться от съемных элементов электропитания. В разных странах мира ведутся интенсивные разработки новых аккумуляторов, в которых нет лития, весьма токсичного элемента. Они гораздо безопаснее как для людей (не взрываются и не горят), так и для окружающей среды. В этом же направлении идут и исследования получения электроэнергии из радиоволн в атмосфере.