Ученые изобрели гибкое устройство, преобразующее сигналы Wi-Fi в электричество

Новое устройство, которое называется Rectenna, способно преобразовывать электромагнитную энергию в постоянный ток. Этот девайс, разработанный совместными усилиями сотрудников Массачусетского технологического института и Технического университета Мадрида, использует радиочастотную антенну для захвата электромагнитных волн (например, излучаемых Wi-Fi) в виде сигналов переменного тока. Результаты работы представлены в журнале Nature.

Сигналы переменного тока отправляются на двухмерный полупроводник, который преобразует их в постоянный ток, производя около 40 микроватт. Это и не так много, но достаточно для питания светодиода или кремниевых чипов. Поскольку Rectenna гибкая, ее можно развернуть и на больших площадях, например обоях, или использовать в небольших портативных гаджетах, таких как гибкие смартфоны — устройства, которые вот-вот появятся на рынке. Помимо этого, новая технология может быть применена даже в медицинских имплантатах и глотательных датчиках.

«Использовать стандартные батареи для питания медицинских приборов, которые глотает пациент, довольно опасно, ведь, если произойдет даже небольшая утечка лития, человек может умереть. Куда практичнее будет собирать энергию из окружающей среды, чтобы питать эти маленькие устройства внутри тела, передавая данные на внешние компьютеры», — рассказывает инженер Технического университета Мадрида Хесус Грахаль (Jesús Grajal).

Стоит отметить, что это не первое устройство, которое может преобразовывать энергию Wi-Fi в электричество. Идея уже была известна в течение некоторого времени, и инженеры продолжают ее совершенствовать. Так, в своей работе команда исследователей использовала другой материал для выпрямителя — ту часть, которая преобразует переменный ток в постоянный. В предыдущих ректеннах он изготавливался из арсенида кремния или галлия, который не только слишком жесткий, но и довольно дорогостоящий в использовании на больших поверхностях.

Здесь же ученые использовали дисульфид молибдена (MoS₂). Его толщина составляет всего три атома, и при воздействии определенных химических веществ он вызывает фазовый переход между полупроводником и металлическим материалом. С помощью этой структуры устройство может захватывать более высокие частоты, чем другие гибкие выпрямители, которые, к примеру, не могут уловить гигагерцевые частоты, на которых работает Wi-Fi.

По словам инженера MIT Сюй Чжана, такая конструкция позволила создать полностью гибкое устройство, достаточно быстрое для охвата большинства радиочастотных диапазонов, используемых нашей повседневной электроникой, включая Wi-Fi, Bluetooth, сотовую LTE и многое другое. При этом стоимость этого устройства относительно невелика, поэтому его можно использовать и на больших поверхностях. Сейчас команда ученых работает над созданием более крупных ректенн и повышением эффективности их работы.