Питание электроники от сигнала Wi-Fi

    Разработана уникальная 2D-ректенна с диодом Шоттки из MoS2 толщиной всего три атома




    Инженеры давно научились извлекать энергию из радиосигнала. Для этого применяют ректенны (выпрямляющие антенны), которые преобразуют энергию поля электромагнитной волны в энергию постоянного тока. Простейшим вариантом может быть полуволновый вибратор, между плечами которого устанавливается диод.

    Инженеры Массачусетского технологического института предложили новую конструкцию ректенны из MoS2, которая обладает рядом преимуществ. Во-первых, это плоская конструкция толщиной всего три атома, она гибкая, в отличие от выпрямителей на кремнии и арсениде галлия. Во-вторых, сульфид молибдена гораздо дешевле. И главное, что гибкая ректенна питается от электромагнитного излучения с частотой до 10 ГГц и отлично работает в диапазоне Wi-Fi, то есть от 2,4 до 5,9 ГГц. Выдаёт примерно 40 микроватт. Немного, но достаточно для светодиода или простого чипа.

    Передача энергии по СВЧ на большие расстояния — незаменимая технология в некоторых областях. Например, учёные рассуждают об использовании её для разгона космического лифта и для передачи вниз энергии, собранной солнечными батареями на орбите. Но есть и банальное прикладное применение. Например, миниатюрные сенсоры и другие устройства Интернета вещей могут годами работать без встроенной батареи или другого физического источника питания, просто получая энергию из радиосигнала.

    Устройства Интернета вещей могут извлекать ток из окружающих радиоволн на произвольных частотах, в том числе из сигналов WiFi, Bluetooth, LTE и многих других. Уже разработаны ректенны и выпрямители из кремния и галлия с КПД до 50−60%. У новой ректенны из MoS2 КПД обычно не превышает 30%, но технология всё равно довольно интересная.

    Как показано на иллюстрации ниже, в устройстве применяется диод Шоттки. Он имитирует свойства перехода металл-полупроводник, применявшегося в ректеннах до сих пор. За счёт этого сводится к минимуму паразитная ёмкость и на порядок ускоряется преобразование, то есть выпрямитель может обрабатывать волны на гораздо более высоких частотах: до 10 и даже 12 ГГц. Раньше такое было невозможно в гибких выпрямителях.





    2D-электроника


    Гибкую электронику можно использовать в совершенно новых областях: фактически, это невидимая плёнка, в которую оборачивается любой гаджет. Как пишут авторы изобретения, так обычные повседневные предметы «превращаются в умную распределённую сенсорную сеть». Такой плёнкой из электроники можно покрывать стены комнат (как обои), здания, мосты, дороги, что угодно, говорит инженер Томас Паласиос из Центра графеновых приборов и 2D-систем в технологической лаборатории микросистем при МТИ.

    В последние годы разработан ряд важных компонентов такой сети, в том числе транзисторы, сенсоры, устройства памяти. Не хватало лишь эффективного двухмерного источника питания. Теперь он есть. Как уже говорилось, эта ректенна работает на порядок быстрее существующих плоских выпрямителей, поэтому впервые появилась возможность извлекать энергию из сигнала Wi-Fi. По мнению учёных, такие универсальные блоки питания хорошо подходят для интеграции с различными электронными системами.

    Устройство с беспроводным получением энергии лучше подходит для медицинских имплантов, а также глотаемых сенсоров, которые работают внутри человеческого тела: «В идеале вы не хотите устанавливать батареи в таких системах, потому что если протекает литий, пациент может умереть, — говорит инженер Хесус Грахаль из Мадридского технического университета, один из разработчиков новой ректенны. — Гораздо лучше собирать энергию из окружающей среды, чтобы питать эти небольшие лаборатории внутри тела и передавать данные внешним компьютерам».

    В настоящее время команда работает над созданием более крупных систем и повышением эффективности ректенны. Научная статья опубликована 28 января 2019 года в журнале Nature.



    Присоединяйтесь сегодня к множеству разработчиков и инноваторов в сфере интернета вещей! Управляйте различными IoT-устройствами на основе PKI с решениями от GlobalSign.

    Необходимо больше информации? Мы всегда рады проконсультировать вас по телефону +7 499-678-2210.
    GlobalSign
    165,00
    Компания
    Поделиться публикацией

    Комментарии 29

      +1
      Таким образом скоро в еду будут подмешивать чипы слежения и т.д.
      Пора готовиться партизанить.
        +4
        В еду растратно. Лучше в лекарства, один раз принял чего и всё, под колпаком.
          0
          Ничего страшного, кроме шапочки из фольги теперь еще будет нечто вроде пояса из фольги закрывающего органы пищеварительной системы. И в отличии от шапочки его проще замаскировать дабы [мифические и не очень сообщества] не могли визуально отличить партизана.
            0
            и трусы из фольги, тогда уж…
              0
              Это уже лишнее, свинец и с этой задачей неплохо справится.
              0
              image
              0
              Если еду переваривать (в желудке в смысле), а не носить в кармане — то идея со слежением так себе)
              +5
              Классно. Обклеил квартиру такими антеннами и от соседей меньше паразитного излучения от их WiFi. ))
                0

                Анти wifi обои давно придумали. Правда в наличии в магазинах найти, у меня в городе, не получилось.

                  0
                  Зеркала повесьте.
                    0

                    А их ещё не научились без металла делать?

                      0
                      Ну вроде научились, но с убедительной вероятностью те, что вы купите для дома, будут с металлическим отражающим слоем.
                  0
                  Обклеил квартиру такими антеннами

                  … и запитал от них чайник люстру.
                  UPD Даже почти не шутка. Включил вайфай на телефоне — в окрестностях двадцать три (!) точки, из них пять шпарят на всю шкалу. Люстра не люстра, но на небольшой уютный ночничок вполне…
                    0
                    Мы так крышу поменяли железную, и сотовая связь ловить перестала. Избирательность у такого решения низка.
                    +1
                    Как показано на иллюстрации ниже, в устройстве применяется диод Шоттки. Он имитирует свойства перехода металл-полупроводник, применявшегося в ректеннах до сих пор.


                    Почему имитирует? Диод Шоттки и есть переход металл-полупроводник. Вообще диод Шоттки, есть частный случай диода Мотта.
                      +4
                      ректенна


                      Странный у буржуинов креатив. То Pidora, теперь вот это… :)

                        +4
                        Заглянул в каменты пересчитать гусаров, пошутивших по поводу названия. И каково же было моё удивление, сударь, что нас оказалось лишь двое.
                          +1
                          а ваша то шутка где?
                            +1
                            Ну как же… Хотя у меня рекуррентная шутка, не каждый поймёт. В любом случае пояснять ей — что портить
                          0
                          Технически решение идеально для соответствующих зондов. Теперь можно массово внедрять. Какой смысл скрывать название? :)
                          0
                          А можно мне сообщить маркировку светодиода, которому достаточно 40микроватт?
                            0
                            Когда ждать микросхему, которая будет способна при подключении 3-5 сантиметровой антенны как на фото, выдавать импульсами необходимый ток, при напряжении 15..5 вольт, чтобы питать свои датчики и передающую электронику, за дешево?

                            p.s. не могу найти статью про исследования в беспроводной передачи сигналов, вклиниваясь в LTE, при этом питание на процесс так же получая от этой же волны. точно помню была на хабре
                              0
                              Электричество можно добывать из воздуха. Или круче — майнить на электричестве, добытом из воздуха. У них есть доплаты по зеленому тарифу?
                                0
                                Эффективнее разместить майнеры под линиями высоковольтных передач, простой проводок, размещенный параллельно даст приличную мощность.

                                Утечка будет обнаружена очень быстро, точнее ее существование, но вот место хз.
                                  0

                                  Возникли определённые сомнения, т.к. земля и так проводник… Да и гаджеты более менее под колцевой линией в МСК работают не особо греясь ;) треск только в туман жуткий...

                                0
                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                    0

                                    У меня почему то закралась мысль о том что в быту такое явно не первая необходимость, ввиду (к примеру) возможности размещения передатчика (если уж очень нужно по воздуху) меньшей частоты.

                                    0
                                    Питание электроники от сигнала Wi-Fi
                                    Немного уменьшим восторг, напомним о старой картинке про ученого и журналиста:

                                    Во-первых, это плоская конструкция толщиной всего три атома, она гибкая, в отличие от выпрямителей на кремнии и арсениде галлия. Во-вторых, сульфид молибдена гораздо дешевле.
                                    Пункт второй нивелирует первый, антенна любой разумной площади толщиниой в 3 атома будет одинаково стоить, независимо от материала. Если уж сравнивать стоимость, то она у полупроводниковых материалов исходит из их чистоты и сложности получения, а так тот же технический кремний подешевле молибдена.

                                    И главное, что гибкая ректенна питается от электромагнитного излучения с частотой до 10 ГГц и отлично работает в диапазоне Wi-Fi, то есть от 2,4 до 5,9 ГГц. Выдаёт примерно 40 микроватт. Немного, но достаточно для светодиода или простого чипа.
                                    В то, что она выдает 40 микроватт охотно верю. Но на каком расстоянии? От источника какой мощности излучения? Отлично работают в диапазоне WiFi китайские smd свч диоды, можно так же подпаять к диоду пару проводков и на неком расстоянии от точки доступа получить идентичный эффект. Или взять советские свч диоды. Вообще и на 10ГГц найдутся диоды. Про питание светодиода правда, в темноте и при привыкании можно и не такую мощность свечения увидеть.

                                    Например, миниатюрные сенсоры и другие устройства Интернета вещей могут годами работать без встроенной батареи или другого физического источника питания, просто получая энергию из радиосигнала.
                                    Только когда разработают достаточно производительные микропроцессоры для такого слабого питания. Из современных устройств этого пока хватит на питание неумных калькуляторов и часов.

                                    Уже разработаны ректенны и выпрямители из кремния и галлия с КПД до 50−60%. У новой ректенны из MoS2 КПД обычно не превышает 30%, но технология всё равно довольно интересная.
                                    Этот КПД не означает, что из 100мВт излученной точкой доступа энергии 30-50-60% поступит в ректенну, даже если она впритык. Это значит, что лишь столько % энергии от входящих микроВатт диод не превратит в тепло. Технология именно интересная, но само сравнение КПД уже как-бы говорит не в пользу ее готовности для практики сейчас.

                                    Устройство с беспроводным получением энергии лучше подходит для медицинских имплантов, а также глотаемых сенсоров, которые работают внутри человеческого тела
                                    Описываемые диапазоны СВЧ, особенно 2,4ГГц не очень подходящие для проникновения внутрь человеческого тела, состоящего большей частью из воды. Для нужд питания современных медицинских имплантов придется носить мощные СВЧ передатчики прямо на теле. Проще использовать индуктивную технологию на низких частотах (которое во RFID, беспроводных зарядках).

                                    Выводы: плюсы технологии — высокая гибкость вследствие тонкости, масштабируемость детали (2D любой формы); минусы перечислены, технология пока всего-лишь небольшой шаг, до практики еще далеко.

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                    Самое читаемое