تبدیل امواج زائد رادیویی به انرژی الکتریکی با یک فناوری جدید

 محققان دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) نوع جدیدی از ماژول برداشت انرژی را توسعه داده اندکه انرژی را از فرکانس‌های رادیویی (RF) استخراج می‌کند.

به‌گزاش تک‌ناک، این ماژول‌ها که معمولاً به‌عنوان «انرژی زائد» شناخته می‌شوند، سیگنال‌های RF را به ولتاژ DC تبدیل می‌کنند که دستگاه‌های کم‌مصرف می‌توانند از آن استفاده کند.

ماژول‌های برداشت انرژی رادیویی می‌توانند وابستگی به باتری را برای برخی کاربردها کاهش دهند؛ به‌ویژه در مناطق دورافتاده و شرایطی که تعویض باتری به‌طور مرتب امکان‌پذیر نیست.

تامزهاردور می‌نویسد که این تحقیق با همکاری محققان دانشگاه توهوکو در ژاپن و دانشگاه مسینا در ایتالیا انجام شده است. تیم تحقیقاتی معتقد است که این فناوری به کاهش وابستگی ما به باتری‌ها کمک می‌کند.

همچنین، این امر تأثیر زیست‌محیطی باتری‌ها را کاهش و عمر دستگاه‌ها را افزایش می‌دهد و امکان استفاده از انواع جدید شبکه‌های حسگر بی‌سیم و دستگاه‌های اینترنت اشیاء را در شرایطی فراهم می‌کند که تعویض باتری عملی نیست.

فناوری بدون باتری به استخراج از سطوح توان RF پایین کمک می‌کند که نشان‌دهنده‌ی مفید‌بودن آن در بسیاری از کاربردهای کم‌مصرف مانند حسگرهای دما است. یکی از محققان، پروفسور یانگ هیونسو از NUS گفت:

ما اسپین‌رکتیفایرها را برای کار در سطوح توان RF پایین موجود در محیط بهینه کردیم و آرایه‌ای از آن‌ها را برای ماژول برداشت انرژی به‌منظور تأمین انرژی LED و حسگر تجاری در توان RF کمتر از ۲۰- dBm ادغام کردیم.

فناوری بدون باتری به‌دلیل استفاده از رکتیفایرهای سنتی فعلی محدودیت‌هایی دارد. پروفسور یانگ توضیح داد که این مسئله به‌دلیل اشباع‌شدن فناوری دیود شاتکی برای دهه‌ها به‌دلیل محدودیت‌های ترمودینامیکی در توان اندک است.

طراحی رکتیفایر موردنیاز برای ماژول برداشت انرژی بی‌سیم مشکل بزرگی است. به‌نظر می‌رسد راه‌حل اسپین‌رکتیفایر نانومقیاس (SR) باشد که می‌تواند تبدیل ولتاژ بی‌سیم به DC بهتری ارائه دهد و این امکان را فراهم کند که دستگاه‌های SR بهینه‌شده فرکانس رادیویی محیط بین ۶۲- و ۲۰- dBm  را برداشت کنند.

SR مبتنی‌بر طول‌موج کوپلانار روی تراشه می‌تواند توسعه یابد که حساسیت صفر بایاس بزرگ و بهره‌وری زیادی داشته باشد. همچنین، باید به عملکرد بهتر روی تراشه منجر شود؛ بنابراین، تیم تحقیقاتی NUS در حال بررسی ادغام آنتن روی تراشه برای افزایش کارایی آن هستند.

دکتر راگاو شارما، نویسنده‌ی اول مقاله، نیز با این ارزیابی موافق است و بر اهمیت حل مسئله‌ی مربوط به رکتیفایرهای معمولی تأکید می‌کند. پس از غلبه بر این مشکل، به طراحی نسل بعدی برداشت‌کننده‌های انرژی RF محیطی و حسگرها با استفاده از فناوری رکتیفایر جدید منجر خواهد شد.

بسیاری از دانشمندان درباره‌ی فناوری‌های برداشت انرژی رادیویی (RF-EH) تحقیق و یافته‌های خود را نیز منتشر کرده‌اند. این نشان می‌دهد که برداشت انرژی از فرکانس‌های استفاده‌شده برای LTE و DTV و GSM و WLAN و HIPERLAN و C-Band امکان‌پذیر است که معمولاً در مناطق شهری و نیمه‌شهری استفاده می‌شود.

در‌حالی‌که این موضوع نمی‌تواند مشکلات ایجاد‌شده ‌ی برنامه‌های کاربردی بزرگ‌تر را حل کند، نقش مهمی در استفاده‌نکردن از باتری برای برخی دستگاه‌ها ایفا می‌کند. بااین‌همه، فقط زمان مشخص خواهد کرد که چه دستگاه‌هایی را می‌توانیم از چنین پیاده‌سازی‌های بالقوه‌ای انتظار داشته باشیم.

پس از امکان‌پذیرشدن اجرای فناوری بدون باتری و توانایی استخراج کارآمد انرژی زائد، این نوآوری امکان انواع جدید دستگاه‌ها و کاربردهایی را فراهم می‌کند که برای تجاری، علمی، پزشکی و شخصی حیاتی خواهد بود. این امر می‌تواند امکان استفاده از بسیاری از حسگرها و دستگاه‌ها و شاید دستگاه‌های محاسباتی کم‌مصرف را برای بهبود زندگی ما فراهم کند.