Nuevo dispositivo flexible puede transformar señales WiFi en electricidad

• Un nuevo tipo de rectenna hecho de un semiconductor delgado y bidimensional puede convertir las señales WiFi en electricidad.
• Los investigadores pudieron generar 40 microvatios de potencia cuando expusieron rectenna a señales WiFi normales.
• Esa potencia es más que suficiente para impulsar chips de silicio o encender un LED.

La transmisión de energía inalámbrica se remonta a finales del siglo XIX, cuando Nikola Tesla estaba trabajando en métodos para transferir energía eléctrica sin cables. Unos años más tarde, un inventor italiano Guglielmo Marconi inventó el primer sistema completo de telegrafía inalámbrica comercialmente exitoso.

Los recolectores de energía de radiofrecuencia eficientes se establecieron más tarde (a mediados del siglo XX) sobre sustratos rígidos como el silicio. Sin embargo, ha sido muy difícil extender esta tecnología a los sistemas electrónicos que se utilizan a diario. Aunque se ha analizado una amplia gama de semiconductores flexibles para permitir una detección verdaderamente ubicua, los científicos no han logrado ningún hito significativo en este campo.

Recientemente, un equipo de investigación del MIT ideó un primer dispositivo completamente flexible que puede transformar las señales WiFi en energía eléctrica para alimentar la electrónica. Es un nuevo tipo de rectenna, un instrumento para convertir ondas electromagnéticas de CA en electricidad de CC, que utiliza una antena de radiofrecuencia flexible para capturar ondas electromagnéticas como formas de onda de CA.

Luego, esta antena se conecta a un dispositivo único hecho de un semiconductor 2D. El dispositivo convierte la señal de CA en voltaje de CC que podría recargar baterías y alimentar circuitos electrónicos.

¿Qué es este dispositivo exclusivo?

Las rectennas convencionales usan arseniuro de galio o silicio como rectificador que convierte la señal de CA en energía de CC. Aunque estos semiconductores cubren la banda WiFi, son rígidos. Usarlos para fabricar grandes áreas (paredes, superficies de edificios) sería extremadamente costoso.

Los científicos han estado tratando de solucionar estos problemas durante décadas. Han desarrollado algunas rectennas eficientes, pero funcionan a bajas frecuencias y no pueden transformar señales en frecuencias de gigahercios, donde se encuentran la mayoría de las señales de teléfonos móviles y WiFi.

En este estudio, los investigadores utilizaron un nuevo material bidimensional llamado disulfuro de molibdeno que tiene solo tres átomos de espesor. Cuando los átomos de este material entran en contacto con ciertos químicos, se reposicionan de tal manera que actúan como un interruptor. Esto obliga al material a alterar su fase de semiconductor a metal.

Referencia:Naturaleza | doi:10.1038 / s41586-019-0892-1 | MIT

Esto da como resultado una unión de un semiconductor con un metal, llamado diodo Schottky, que minimiza la capacitancia parásita y la resistencia en serie al mismo tiempo.

La capacitancia parásita del diodo Schottky es mucho más baja que la capacitancia parásita de los rectificadores flexibles de última generación. Por lo tanto, puede capturar y convertir señales inalámbricas a velocidades mucho más rápidas (hasta 10 gigahercios), cubriendo las bandas de radiofrecuencia utilizadas por LTE celular, Bluetooth y Wi-Fi.

Cortesía de investigadores

Resultados y aplicaciones

La eficiencia de salida máxima del dispositivo es de aproximadamente el 40% y varía según la entrada de la señal WiFi. Para poner esto en contenido, las rectenas convencionales hechas de arseniuro de galio y silicio tienen una eficiencia de alrededor del 50% al 60%. El equipo planea desarrollar sistemas más complejos con mayor eficiencia.

Las primeras aplicaciones de este nuevo dispositivo incluyen la alimentación de dispositivos electrónicos de mano, instrumentos médicos y sensores para "Internet de las cosas". En este estudio, los investigadores pudieron generar 40 microvatios de potencia cuando la rectenna estuvo expuesta a señales WiFi normales (que generalmente tienen 150 microvatios de potencia).

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Hoy en día, los científicos están desarrollando píldoras tragables que pueden transmitir datos de salud a las computadoras para su diagnóstico. La nueva rectenna también se puede utilizar para alimentar este tipo de dispositivos médicos implantables en el futuro.