Энергия окружающей среды, излучаемая сотовыми телефонами и модемами, может быть уловлена и преобразована в электричество с использованием технологии необычной формы.
По мере того как интеллектуальные устройства, подключенные к Интернету, становятся все меньше и шире, проблема их питания становится все более острой. Недорогой харвестер, разработанный в KAUST, может помочь перезарядить гаджеты Интернета вещей (IoT), используя радиоволны от беспроводных источников.
Один из способов, с помощью которого исследователи миниатюризируют устройства для приложений IoT, — это подход, называемый система на упаковке. Недавняя работа показала, что защитная упаковка вокруг устройств микроэлектроники может использоваться для размещения компонентов, таких как антенны связи, для значительного снижения затрат и требований к пространству.
Атиф Шамим, профессор электротехники и эксперт по сбору энергии, понял, что принципы системы на упаковке могут помочь устройствам IoT стать более самодостаточными. Его команда исследовала стратегии создания очень компактных антенн, которые настраиваются на радиочастотные сигналы, излучаемые мобильными и беспроводными устройствами. Затем они объединились с группой Халеда Саламы в KAUST, чтобы преобразовать эту энергию в электричество, используя полупроводниковые диоды.
Большинство радиочастотных харвестеров могут использовать только одну часть беспроводного спектра, например стандарт 3G. Команда Шамима, однако, стремилась создать многополосное устройство, которое может накапливать больше энергии от нескольких источников связи.
«Требовать, чтобы одна антенна выполняла работу нескольких других одновременно, сложно», — отмечает Азамат Бакытбеков, первый автор статьи. «Вы должны убедиться, что производительность не падает ни в одной частоте».
Исследователи обратились к пакету в форме куба и математической концепции фракталов — шаблонов, которые повторяются от малого до большого масштаба — для создания своего комбайна. Сначала команда 3-D напечатала квадратную пластиковую подложку, а затем напечатала на своей поверхности фрактальные антенны, используя серебристый металл. Наконец, они склеили пять пластиковых частей вместе, чтобы сформировать куб, размером примерно в пять сантиметров.
Фрактальные антенны могут создавать множественные резонансы, которые обеспечивают доступ к более широким частям радиоспектра. Симметричная геометрия куба работала, чтобы усилить этот эффект, собирая излучение по всему кубу. Последующее сканирование беспроводного спектра выявило несколько различных частот, на которых мог бы работать сбор энергии.
Эксперименты в реальных условиях доказали, что комбайн может собирать достаточно радио энергии для питания небольших беспроводных датчиков. Но самое интересное явление, по словам соавтора Тхана Нгуена, было, когда пользователи смартфонов проходили мимо трехмерного куба.
«Мы увидели, как сила, собранная кубом, внезапно вспыхнула, когда человек, находящийся поблизости, сделал звонок», — говорит Нгуен. «С ростом мобильной связи эта концепция позволяет собирать все больше и больше радиочастотной энергии».
Теги: энергия
