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Uma equipe de cientistas da Universidade de Cingapura anunciou a criação de um protótipo de dispositivo de coleta de energia que extrai eletricidade utilizável aparentemente do nada.
Projetado para aproveitar a tecnologia de retificador de spin em nanoescala para capturar o que os inventores do dispositivo chamam de sinais de “RF residuais” que existem no ar devido a Wi-Fi, Bluetooth, 5G e sinais de rádio tradicionais, o novo sistema de coleta de energia pode converter esses sinais em energia elétrica de corrente contínua (CC) utilizável suficiente.
Tecnologias semelhantes de coleta de energia de RF foram desenvolvidas nos últimos anos, incluindo uma inventado por pesquisadores da Universidade do Sul da Flórida. No entanto, a equipe por trás desta última iteração diz que seu dispositivo é capaz de capturar energia de sinais gerais mais fracos (normalmente menos de -20 dBm) do que até mesmo a tecnologia de coleta de energia de RF mais sensível.
“A coleta de sinais eletromagnéticos de RF do ambiente é crucial para o avanço de dispositivos eletrônicos e sensores com eficiência energética”, explicado líder do projeto Professor Yang Hyunsoo do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade de Design e Engenharia da NUS. “No entanto, os Módulos de Coleta de Energia existentes enfrentam desafios operando em baixa potência ambiente devido às limitações na tecnologia de retificador existente.”
Para superar as limitações de dispositivos similares, incluindo as ineficiências de converter esses sinais fracos em eletricidade útil, a equipe desenvolveu sua própria tecnologia de retificador de spin ultracompacto e em nanoescala para capturar e converter o RF residual. Diferentemente de tentativas anteriores, esse minúsculo retificador mostrou resultados impressionantes na conversão de sinais de RF abaixo de -20 dBm.
De acordo com o Professor Yang, os esforços de sua equipe para melhorar a coleta de energia nesses níveis baixos foram drasticamente diferentes dos esforços anteriores. Isso se deve principalmente à implementação de retificadores de spin em nanoescala.
“Esforços recentes se concentraram apenas em melhorar a eficiência da antena e redes de correspondência de impedância às custas de maiores pegadas no chip”, explicou o professor. “Retificadores de spin em nanoescala, por outro lado, oferecem uma tecnologia compacta para conversão RF-para-DC sensível e eficiente.”
Depois de tentar várias configurações projetadas para converter energia de diferentes comprimentos de onda EM baixos, mas utilizáveis, a equipe decidiu por algo que operava em um nível de eficiência nunca visto antes. Esse resultado, explica a equipe, foi devido à abordagem deles tanto quanto à tecnologia em si. O resultado foi um dispositivo que capturou com sucesso baixos níveis de RF e os converteu em eletricidade suficiente para alimentar um sensor elétrico e um LED.
“Nós otimizamos os retificadores de spin para operar em níveis de baixa potência de RF disponíveis no ambiente e integramos uma matriz desses retificadores de spin a um módulo de coleta de energia para alimentar o LED e o sensor comercial em potência de RF menor que -20 dBm”, disse Yang. “Nossos resultados demonstram que a tecnologia SR é fácil de integrar e escalável, facilitando o desenvolvimento de matrizes SR em larga escala para várias aplicações de comunicação e RF de baixa potência.”
Apesar dos resultados impressionantes, a invenção da equipe ainda não está disponível ao público. No entanto, os cientistas por trás da tecnologia potencialmente inovadora dizem que sua aplicação pode ter uma série de impactos sociais potenciais, incluindo benefícios econômicos e ambientais.
“Tecnologias de coleta de energia de RF, como esta, são essenciais, pois reduzem a dependência da bateria, estendem a vida útil dos dispositivos, minimizam o impacto ambiental e aumentam a viabilidade de redes de sensores sem fio e dispositivos de IoT em áreas remotas onde a substituição frequente de baterias é impraticável”, explicou a equipe.
As descobertas da equipe, intituladas “Retificadores de spin em nanoescala para coleta de energia de radiofrequência ambiente”, são Publicados no diário Eletrônica da Natureza. De acordo com o primeiro autor, Dr. Raghav Sharma, seu trabalho provavelmente representa um novo padrão para retificadores de baixa energia e deve impulsionar a pesquisa para criar dispositivos de coleta de energia de RF ainda mais sensíveis e eficientes usando sua abordagem de retificador de spin.
“Apesar da extensa pesquisa global sobre retificadores e módulos de coleta de energia, restrições fundamentais na tecnologia de retificadores permanecem sem solução para operação de baixa potência de RF ambiente”, disse Sharma. “A tecnologia de retificador de spin oferece uma alternativa promissora, superando a eficiência e a sensibilidade atuais do diodo Schottky em regimes de baixa potência. Este avanço compara as tecnologias de retificador de RF em baixa potência, abrindo caminho para o projeto de coletores e sensores de energia de RF ambiente de próxima geração com base em retificadores de spin.”
Christopher Plain é um romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciência no The Debrief. Siga e conecte-se com ele em X, aprenda sobre seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em cristóvão@thedebrief.org.
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