Baterije odlaze u istoriju? Naučnici razvijaju tehnologiju napajanja uređaja „strujom iz vazduha“

Upravo na tome rade naučnici s Nacionalnog univerziteta u Singapuru. Naime, razvili su prototip modula za sakupljanje energije, rekli bismo, iz vazduha. Tačnije, radi se o modulu (a i tehnologiji) koja ambijentalne odnosno „otpadne“ radiofrekvencijske signale pretvara u jednosmerni napon koji se potom može koristiti za napajanje malih elektronskih uređaja, bez upotrebe baterija, prenosi Zimo.

Kako su istakli prilikom predstavljanja prototipa, tehnologije prikupljanja radiofrekvencijske energije bitne su jer smanjuju zavisnost od baterija, produžuju životni vek uređaja, smanjuju negativni uticaj na životnu sredinu i povećavaju isplativost bežičnih senzorskih mreža i IoT uređaja u udaljenim područjima gde je česta zamena baterija nepraktična.

No, dodaju, takve tehnologije suočavaju se s izazovima zbog niske ambijentalne snage radiofrekvencijskog signala (obično manje od -20 dBm). Trenutna tehnologija ispravljača ili ne radi ili pokazuje nisku efikasnost pretvaranja radiofrekvencija u jednosmerni napon.

Stoga je tim istraživača NUS-a, u saradnji sa Naučnicima sa Univerziteta Tohoku (TU) u Japanu i Univerziteta Mesina (UNIME) u Italiji, razvio kompaktnu i osetljivu tehnologiju ispravljača koja koristi „spin-rectifier“ (povratni ispravljač) na nanoskali za pretvaranje ambijentalnih bežičnih radiofrekvencijskih signala snage manje od -20 dBm u jednosmerni napon.

Tim je optimizovao ove ispravljače i dizajnirao dve konfiguracije – jednu koja radi između -62 dBm i -20 dBm, i niz od 10 ispravljača u nizu u modulu za prikupljanje energije. Rezultat je bio uspešno napajani komercijalni senzor temperature na -27 dBm.

Prikupljanje ambijentalnih radiofrekvencijskih elektromagnetskih signala ključno je za unapređenje energetski efikasnih elektronskih uređaja i senzora. Međutim, postojeći moduli za prikupljanje energije suočavaju se s izazovima rada pri niskoj snazi ​​zbog ograničenja u postojećoj tehnologiji ispravljača, objasnio je profesor Jang Hjunso s Odseka za elektrotehniku ​​i računarsko inženjerstvo na NUS fakultetu za dizajn i inženjerstvo, koji je predvodio projekat.

Pojašnjavajući ovu novu tehnologiju, prof. Jang je istakao kako su optimizovali ispravljače za rad na niskim nivoima radiofrekvencijske snage dostupnim u životnoj sredini i integrisali niz takvih ispravljača u modul za prikupljanje energije za napajanje LED i komercijalnih senzor pri radiofrekvencijskoj snazi ​​manjoj od -20 dBm.

Naši rezultati pokazuju da je SR-tehnologiju lako integrisati i skalabilna je, olakšavajući razvoj velikih ispravljačkih nizova za razne radiofrekvencije i komunikacijske aplikacije male snage, dodao je prof. Jang.

Eksperimentalno istraživanje sprovedeno je u saradnji s profesorom Šunsukeom Fukamijem i njegovim timom s TU-a, dok je simulaciju sproveo profesor Đovani Finokioo s UNIME-a. Rezultati su objavljeni u prestižnom časopisu, „Nature Electronics“, 24. jula 2024.

Istraživački tim NUS-a sada istražuje integraciju antene na čipu za poboljšanje efikasnosti i kompaktnosti ispravljačkih tehnologija.

Takođe nameravaju da sarađuju ​​s industrijskim i akademskim partnerima za unapređenje samoodrživih pametnih sistema temeljenih na ovakvim ispravljačima na čipu. To bi moglo utrti put kompaktnim tehnologijama na čipu za bežično punjenje i sisteme detekcije signala.