Οι επιστήμονες δημιουργούν ένα πολύ λεπτό φύλλο που θα μπορούσε να φορτίσει τα τηλέφωνά μας συλλέγοντας Wifi από τον αέρα

All-News
Αρχική Σελίδα Όλες οι ειδήσεις επιστήμονες δημιουργούν ένα πολύ λεπτό «φύλλο» που θα μπορούσε να φορτίσει τα τηλέφωνα μας συλλέγοντας Wifi ...
  • Όλα τα νέα
  • Επιστήμη

Οι επιστήμονες δημιουργούν ένα πολύ λεπτό φύλλο που θα μπορούσε να φορτίσει τα τηλέφωνά μας συλλέγοντας Wifi από τον αέρα

Με το δίκτυο καλών ειδήσεων - 29 Ιανουαρίου 2019
Christine Daniloff / Ειδήσεις MIT

Μετατροπή σημάτων Wi-Fi σε ηλεκτρικό ρεύμα με νέα υλικά 2-D
Συσκευή κατασκευασμένη από εύκαμπτα, φθηνά υλικά θα μπορούσε να τροφοδοτήσει ηλεκτρονικά μεγάλης επιφάνειας, φορητά, ιατρικές συσκευές και πολλά άλλα.
Γράφτηκε από τον Rob Matheson
Νέα του MIT

Φανταστείτε έναν κόσμο όπου τα smartphones, οι φορητοί υπολογιστές, τα φορητά και άλλα ηλεκτρονικά συστήματα τροφοδοτούνται χωρίς μπαταρίες. Οι ερευνητές από το MIT και αλλού έκαναν ένα βήμα προς αυτή την κατεύθυνση, με την πρώτη πλήρως ευέλικτη συσκευή που μπορεί να μετατρέψει ενέργεια από σήματα WiFi σε ηλεκτρισμό που θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τα ηλεκτρονικά μας.

κινέζικη σαλάτα κοτόπουλο ξυπόλυτος contessa

Συσκευές που μετατρέπουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα εναλλασσόμενου ρεύματος σε ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος είναι γνωστές ως «rectennas». Σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη που εμφανίζεται στο Φύση,οι ερευνητές επιδεικνύουν ένα νέο είδος rectenna που χρησιμοποιεί μια ευέλικτη κεραία ραδιοσυχνοτήτων (RF) που συλλαμβάνει ηλεκτρομαγνητικά κύματα - συμπεριλαμβανομένων εκείνων που μεταφέρουν WiFi - ως κυματομορφές AC.

Η κεραία είναι στη συνέχεια συνδεδεμένη με μια νέα συσκευή κατασκευασμένη από ένα δισδιάστατο ημιαγωγό με πάχος λίγων ατόμων. Το σήμα AC μεταφέρεται στον ημιαγωγό, το οποίο το μετατρέπει σε τάση συνεχούς ρεύματος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία ηλεκτρονικών κυκλωμάτων ή για την επαναφόρτιση των μπαταριών.

ΣΧΕΤΙΖΟΜΑΙ ΜΕ: Οι χειρουργοί με επιτυχία εμφυτεύουν την πρώτη 3D τυπωμένη κορδέλα του κόσμου - και σχεδιάζουν να κάνουν ακόμη περισσότερα στο μέλλον

Με αυτόν τον τρόπο, η συσκευή χωρίς μπαταρίες συλλαμβάνει παθητικά και μετατρέπει τα πανταχού παρόντα σήματα WiFi σε χρήσιμη ισχύ DC. Επιπλέον, η συσκευή είναι εύκαμπτη και μπορεί να κατασκευαστεί σε διαδικασία roll-to-roll για να καλύψει πολύ μεγάλες περιοχές.

«Τι θα συμβεί αν μπορούσαμε να αναπτύξουμε ηλεκτρονικά συστήματα που τυλίγουμε γύρω από μια γέφυρα ή καλύπτουμε ολόκληρη την εθνική οδό ή τους τοίχους του γραφείου μας και φέρνουμε την ηλεκτρονική νοημοσύνη σε όλα γύρω μας; Πώς παρέχετε ενέργεια για αυτά τα ηλεκτρονικά; λέει ο συγγραφέας του βιβλίου Tomás Palacios, καθηγητής στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών του MIT.

«Έχουμε βρει έναν νέο τρόπο για να τροφοδοτήσουμε τα ηλεκτρονικά συστήματα του μέλλοντος - συλλέγοντας την ενέργεια WiFi με έναν τρόπο που είναι εύκολα ενσωματωμένος σε μεγάλες περιοχές - για να φέρει νοημοσύνη σε κάθε αντικείμενο γύρω μας».

Σε πειράματα, η συσκευή των ερευνητών μπορεί να παράγει περίπου 40 microwatts ισχύος όταν εκτίθεται στα τυπικά επίπεδα ισχύος σημάτων WiFi (περίπου 150 microwatts). Αυτό είναι κάτι περισσότερο από αρκετή ενέργεια για να ανάψει ένα LED ή να οδηγήσει μάρκες πυριτίου.

ΚΟΙΤΑ: Τα γυαλιά Smart Caption επιτρέπουν στα μέλη των ακροατών να παρακολουθήσουν απευθείας ζωντανά ερμηνευτές θεάτρου

Οι υποσχόμενες πρώιμες εφαρμογές για την προτεινόμενη rectenna περιλαμβάνουν την παροχή ευέλικτων και φορητών ηλεκτρονικών, ιατρικών συσκευών και αισθητήρων για το «διαδίκτυο των πραγμάτων». Τα ευέλικτα smartphones, για παράδειγμα, αποτελούν μια καυτή νέα αγορά για μεγάλες εταιρείες τεχνολογίας.

γάτες στο δέντρο

Μια άλλη πιθανή εφαρμογή είναι η τροφοδοσία των επικοινωνιών δεδομένων των εμφυτεύσιμων ιατρικών συσκευών, λέει ο συν-συγγραφέας Jesús Grajal, ερευνητής στο Πολυτεχνείο της Μαδρίτης. Για παράδειγμα, οι ερευνητές αρχίζουν να αναπτύσσουν χάπια που μπορούν να καταποθούν από τους ασθενείς και να μεταφέρουν δεδομένα υγείας προς έναν υπολογιστή για διάγνωση.

'Στην ιδανική περίπτωση δεν θέλετε να χρησιμοποιήσετε μπαταρίες για να τροφοδοτήσετε αυτά τα συστήματα, γιατί αν διαρρεύσουν λίθιο, ο ασθενής θα μπορούσε να πεθάνει', λέει ο Grajal. «Είναι πολύ καλύτερο να συγκεντρώνουμε ενέργεια από το περιβάλλον για να ενεργοποιήσουμε αυτά τα μικρά εργαστήρια μέσα στο σώμα και να μεταφέρουμε δεδομένα σε εξωτερικούς υπολογιστές».

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ: Το υποβρύχιο ρομπότ μόλις έδωσε 100.000 θερμικά ανθεκτικά κοράλλια μωρών στον Μεγάλο φράγμα υφάλου

Όλες οι επαναταγωγές βασίζονται σε ένα στοιχείο γνωστό ως 'ανορθωτής', το οποίο μετατρέπει το σήμα εισόδου εναλλασσόμενου ρεύματος σε ισχύ συνεχούς ρεύματος. Τα παραδοσιακά rectennas χρησιμοποιούν είτε πυρίτιο είτε αρσενικό γάλλιο για τον ανορθωτή. Αυτά τα υλικά μπορούν να καλύψουν τη ζώνη WiFi, αλλά είναι άκαμπτα. Και παρόλο που η χρήση αυτών των υλικών για την κατασκευή μικρών συσκευών είναι σχετικά φθηνή, η χρήση τους για την κάλυψη τεράστιων περιοχών, όπως οι επιφάνειες των κτιρίων και των τοίχων, θα ήταν απαγορευτική για το κόστος. Οι ερευνητές προσπαθούν να διορθώσουν αυτά τα προβλήματα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αλλά οι λίγες ευέλικτες rectennas που αναφέρθηκαν μέχρι τώρα λειτουργούν σε χαμηλές συχνότητες και δεν μπορούν να καταγράψουν και να μετατρέψουν σήματα στις συχνότητες gigahertz, όπου τα περισσότερα από τα σχετικά σήματα κυττάρων και WiFi είναι.

Για να κατασκευάσουν τον ανορθωτή τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα νέο 2-D υλικό που ονομάζεται δισουλφίδιο του μολυβδαινίου (MoS2), το οποίο με πάχος τριών ατόμων είναι ένας από τους λεπτότερους ημιαγωγούς στον κόσμο. Με αυτόν τον τρόπο, η ομάδα αξιοποίησε μια μοναδική συμπεριφορά του MoS2: Όταν εκτίθεται σε συγκεκριμένες χημικές ουσίες, τα άτομα του υλικού αναπροσαρμόζονται με τρόπο που λειτουργεί σαν διακόπτης, αναγκάζοντας τη μετάβαση φάσης από ημιαγωγό σε μεταλλικό υλικό. Η προκύπτουσα δομή είναι γνωστή ως δίοδος Schottky, η οποία είναι η ένωση ενός ημιαγωγού με ένα μέταλλο.

«Με τον σχεδιασμό του MoS2 σε μια διασταύρωση ημιαγωγών-μεταλλικών φάσεων 2-D, δημιουργήσαμε μια ατομικά λεπτή, εξαιρετικά γρήγορη δίοδο Schottky που ταυτόχρονα ελαχιστοποιεί την αντίσταση της σειράς και την παρασιτική χωρητικότητα», λέει ο πρώτος συγγραφέας και η ΕΟΚΕ postdoc Xu Zhang.

ΚΟΙΤΑ: «Δεν είναι αρκετά το κοστούμι Ant-Man» αλλά οι ερευνητές ανακαλύπτουν πώς να συρρικνώσουν τα αντικείμενα στο 1000ο το αρχικό τους μέγεθος

καθαρίστε τους ωκεανούς

Η παρασιτική χωρητικότητα είναι μια αναπόφευκτη κατάσταση στην ηλεκτρονική όπου ορισμένα υλικά αποθηκεύουν ένα μικρό ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο επιβραδύνει το κύκλωμα. Ως εκ τούτου, η μείωση της χωρητικότητας σημαίνει αυξημένες ταχύτητες ανορθωτή και υψηλότερες συχνότητες λειτουργίας. Η παρασιτική χωρητικότητα της διόδου Schottky των ερευνητών είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερη από τις σημερινές ευέλικτες ανορθωτές της εποχής, επομένως είναι πολύ πιο γρήγορη κατά τη μετατροπή του σήματος και της επιτρέπει να καταγράψει και να μετατρέψει μέχρι και 10 gigahertz ασύρματων σημάτων.

«Ένας τέτοιος σχεδιασμός επέτρεψε μια πλήρως ευέλικτη συσκευή που είναι αρκετά γρήγορη για να καλύψει τις περισσότερες ζώνες ραδιοσυχνοτήτων που χρησιμοποιούν τα καθημερινά μας ηλεκτρονικά, όπως WiFi, Bluetooth, κινητό LTE και πολλά άλλα», λέει ο Zhang.

αποστασιοποιημένο beagle στο showminster σκυλιών

Η αναφερθείσα εργασία παρέχει σχέδια για άλλες ευέλικτες συσκευές WiFi με ηλεκτρικό ρεύμα με σημαντική απόδοση και αποτελεσματικότητα. Η μέγιστη απόδοση εξόδου για την τρέχουσα συσκευή είναι 40%, ανάλογα με την ισχύ εισόδου του WiFi. Στο τυπικό επίπεδο ισχύος WiFi, η απόδοση ισχύος του ανορθωτή MoS2 είναι περίπου 30%. Για παραπομπή, τα σημερινά rectennas που κατασκευάζονται από άκαμπτο, ακριβότερο πυρίτιο ή αρσενικό γάλλιο επιτυγχάνουν περίπου το 50-60%.

Η ομάδα σχεδιάζει τώρα να κατασκευάσει πιο πολύπλοκα συστήματα και να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα.

Ανατυπώθηκε με άδεια από το MIT News

Ενεργοποιήστε με τη θετικότητα, μοιράζοντας τα καλά νέα στα κοινωνικά μέσα

Coffee Cup

Θέλετε μια πρωινή κούνημα καλών ειδήσεων;


  • TAGS
  • Διαδίκτυο
  • Ενέργεια
  • Τεχνολογία
  • Ηλεκτρική ενέργεια
  • Κινητά τηλέφωνα
Καλό δίκτυο ειδήσεων

Προτεινόμενο προϊόν

16 Δεκεμβρίου 2018 Ιστολόγια ιδρυτών

Επιλέξτε τα νέα σας

Επιλέξτε τα Νέα σας Επιλέξτε Κατηγορία Καλές Συζητήσεις Καλής Ζωής Καλές Επιχειρήσεις Καλή Υγεία GNN Podcast Όλες οι ειδήσεις ΗΠΑ Παγκόσμια Εμπνευσμένα Ζώδια Γέλια Καλοί Γηίτροι Ήρωες Παιδιά Αυτοβοήθειας Ιδρυτές Blog Επιστήμη Υγεία Τέχνες και ελεύθερος χρόνος Διασημότητες Αθλητισμός Θρησκεία Κριτικές στην εγχώρια επιχείρηση Top Βίντεο Español Καλό Bites αυτή την Ημέρα Στο Ιστορικό Quote of the Day 13 Μαρτίου 2018 Ιδρυτές Blog