Bayangkan dunia di mana telefon pintar, komputer riba, alat pemakai dan elektronik lain berjalan tanpa bateri. Penyelidik di Massachusetts Institute of Technology telah mengambil langkah ke arah ini dengan melepaskan peranti pertama yang sepenuhnya fleksibel yang dapat mengubah tenaga dari isyarat Wi-Fi menjadi elektrik ke elektronik kuasa.
Apa itu rectenna
Rectenna adalah peranti yang menukar gelombang elektromagnetik arus bolak menjadi arus terus. Penyelidik menerangkan spesies baru dalam jurnal Nature. Ia menggunakan antena frekuensi radio fleksibel yang menangkap gelombang elektromagnetik, termasuk Wi-Fi. Ia menghubungkan ke semikonduktor dua dimensi dengan tebal beberapa atom. Arus bergantian mengalir ke semikonduktor, yang mengubahnya menjadi arus terus, yang membolehkan anda menghidupkan litar elektronik atau mengecas bateri.
Oleh itu, peranti secara pasif menangkap dan menukar isyarat Wi-Fi ke DC. Ia fleksibel dan boleh dihasilkan dalam bentuk gulungan untuk meliputi kawasan yang luas.
Cara Baru untuk Memperkasakan Internet Perkara
“Bagaimana jika kita membuat sistem elektronik yang mengelilingi jambatan, atau menutup seluruh jalan raya atau dinding pejabat dan memberikan kecerdasan elektronik kepada semua yang mengelilingi kita? Bagaimana kita menghidupkan semua elektronik ini? Meminta pengarang bersama Thomas Palacios, profesor di Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains Komputer dan pengarah Pusat Peranti Graphene dan Sistem 2D di Makmal Teknologi Mikrosistem. "Kami telah menemukan cara baru untuk menggerakkan sistem elektronik di masa depan, mengambil tenaga Wi-Fi dengan cara yang dapat disatukan dengan mudah di kawasan yang luas sehingga semua objek di sekitar kita memperoleh kecerdasan."
Video promosi:
Aplikasi awal yang menjanjikan untuk rektena yang dicadangkan termasuk menghidupkan elektronik, alat perubatan, dan sensor IoT yang fleksibel dan boleh dipakai. Telefon pintar fleksibel, misalnya, adalah pasaran baru yang panas untuk firma teknologi besar. Peranti eksperimen menjana sekitar 40 μW kuasa apabila terkena tahap kuasa isyarat Wi-Fi khas (kira-kira 150 μW). Ini lebih daripada cukup untuk menyalakan paparan mudah alih telefon bimbit atau cip kuasa.
Permohonan dalam bidang perubatan
Menurut seorang penyelidik di Universiti Teknikal Madrid, Jesús Grajal, salah satu aplikasi pengembangan yang mungkin dilakukan adalah menyediakan penghantaran data untuk alat perubatan yang dapat ditanamkan. Contohnya, pil yang akan memindahkan data mengenai kesihatan pesakit ke komputer untuk diagnosis selanjutnya.
"Adalah berbahaya untuk menggunakan bateri untuk menghidupkan sistem ini kerana jika litium bocor, pesakit akan mati," kata Grahal. "Lebih baik mengambil tenaga dari persekitaran untuk memberi tenaga kepada makmal kecil ini di dalam badan dan menghantar data ke komputer luaran."
Penerus fleksibel
Semua rektena bergantung pada komponen yang dikenali sebagai "penerus" yang menukar AC ke DC. Dalam rectennas tradisional, penyearah diperbuat daripada silikon atau gallium arsenide. Bahan-bahan ini dapat merangkumi frekuensi Wi-Fi, tetapi sukar. Walaupun mereka relatif murah untuk digunakan untuk membuat perangkat kecil, meliputi area besar seperti permukaan bangunan dan dinding akan sangat mahal. Penyelidik telah lama berusaha menyelesaikan masalah ini. Tetapi beberapa rektena fleksibel yang dilaporkan sejauh ini beroperasi pada frekuensi rendah dan tidak dapat menangkap dan menukar isyarat gigahertz, seperti kebanyakan isyarat telefon bimbit dan Wi-Fi.
Untuk membuat penerus mereka, para penyelidik menggunakan bahan dua dimensi baru, molibdenum disulfide (MoS2), yang, dengan ketebalan 3 atom, adalah salah satu peranti semikonduktor paling nipis di dunia. Pasukan ini menggunakan tingkah laku MoS2 yang tidak biasa: apabila terkena bahan kimia tertentu, atom bahan disusun semula sedemikian rupa sehingga bertindak sebagai suis, menyebabkan peralihan fasa dari semikonduktor ke bahan logam. Struktur ini dikenali sebagai dioda Schottky.
"Dengan membuat MoS2 dalam peralihan fasa semikonduktor-logam 2D, kami membina dioda Schottky nipis dan sangat cepat yang secara serentak meminimumkan rintangan siri dan kapasitansi parasit," kata pengarang projek Xu Zhang.
Kapasitansi parasit tidak dapat dielakkan dalam elektronik. Sebilangan bahan membina cas elektrik kecil yang melambatkan litar. Oleh itu, kapasitansi yang lebih rendah bermaksud kelajuan penyearah yang lebih tinggi dan frekuensi operasi yang lebih tinggi. Kapasitansi parasit dari dioda Schottky adalah urutan besarnya lebih kecil daripada penyearah fleksibel moden, jadi mengubah isyarat lebih cepat dan membolehkan anda menangkap dan menukar hingga 10 GHz.
"Reka bentuk ini mempunyai peranti yang sepenuhnya fleksibel yang cukup cepat untuk menutupi kebanyakan jalur frekuensi radio yang digunakan oleh elektronik sehari-hari, termasuk Wi-Fi, Bluetooth, LTE selular, dan banyak lagi," kata Zhang.
Keberkesanan rektena fleksibel
Dalam karya yang dijelaskan, gambar peranti fleksibel berprestasi tinggi yang lain dicadangkan. Kecekapan output maksimum peranti semasa adalah rata-rata 40% dan bergantung pada kuasa Wi-Fi. Penyearah MoS2 mempunyai kecekapan khas 30%. Sebagai rujukan, kecekapan rektena yang terbuat dari silikon atau gallium arsenide yang lebih keras dan lebih mahal mencapai 50-60%.
Kini pasukan pembangunan merancang untuk membina sistem yang lebih kompleks dan meningkatkan kecekapan teknologi.
Pengarang: Sergey Prots
