Nova invenção coleta sinais de Wi-Fi e Bluetooth do ambiente para alimentar pequenos dispositivos
Pequenos dispositivos como sensores de luz ou componentes de rede poderão em breve coletar energia de sinais de Wi-Fi e Bluetooth de fundo — usando um novo componente sofisticado que pode transformar até mesmo o mais fraco ondas eletromagnéticas em eletricidade.
Pesquisadores criaram uma “retenna” altamente sensível, ou antena retificadora, um componente que explora peculiaridades da física quântica para converter eficientemente energia eletromagnética em eletricidade de corrente contínua (CC). Os pesquisadores usaram essa nova abordagem de captura de elétrons para alimentar um termômetro comercial.
Em um estudo publicado em 24 de julho na revista Eletrônica da Natureza, os cientistas sugeriram que essa tecnologia poderia ser ampliada para alimentar dispositivos e sensores da Internet das Coisas (IoT) usando uma pequena proporção do excesso de sinais de radiofrequência (RF) que eles usam para se comunicar entre si.
As retenas recebem ondas eletromagnéticas como as encontradas em sinais de radiofrequência (RF) como Wi-Fi e Bluetooth, ou diferentes comprimentos de onda de luz, e as capturam como eletricidade de corrente alternada (CA) por meio da antena. O dispositivo então converte isso em eletricidade CC por meio de seu circuito retificador.
Há muito se sabe que as retenas podem ser usadas para gerar baixos níveis de eletricidade; pesquisadores demonstraram isso por meio de veículos modelo de energia sem fio e experimentos semelhantes desde a década de 1960. Por exemplo, em 1964, o fabricante de armas Raytheon fez uma transmissão de televisão na qual demonstrou um helicóptero controlado remotamente alimentado por microondas.
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Mas nesses casos, a energia foi irradiada diretamente para o dispositivo na forma de energia de micro-ondas. Os sinais de RF ambiente são muito mais fracos e não são direcionados diretamente para os dispositivos.
No artigo, os pesquisadores disseram que os sinais de RF do ambiente podem registrar bem abaixo de menos 20 decibéis-miliwatts, uma unidade de medida usada para expressar a intensidade do sinal. Para colocar em perspectiva, o smartphone médio transmite sinais a 27 dBm, enquanto um forno de micro-ondas opera a 60 dBm.
Para aproveitar os sinais ambientais muito fracos produzidos pelas redes Wi-Fi e Bluetooth, os pesquisadores se voltaram para um aspecto relativamente obscuro da pesquisa quântica.
Conhecida como “spintrônica”, ela estuda o spin quântico dos elétrons e como isso se relaciona com os campos magnéticos. Para sua demonstração, os pesquisadores se apoiaram nas propriedades das junções de túnel magnético (MTJs), um componente que consiste em uma camada muito fina de material isolante imprensada entre duas camadas magnéticas. As MTJs são mais comumente usadas em unidades de disco rígido e têm sido utilizadas em outros tipos de memória de computação.
Sinais de RF podem exercer uma mudança em MTJs, na qual a corrente do sinal afeta o spin dos elétrons dentro da construção. Isso pode ser aproveitado para produzir eletricidade.
A equipe criou uma série de “retificadores de spin” (SRs) em nanoescala formados a partir de MTJs, com dimensões totais de 40 x 100 nanômetros quadrados e 80 x 200 nm2, sensíveis às frequências de sinais eletromagnéticos ambientais comuns, como Wi-Fi (frequências de 2,4 gigahertz), 4G (2,3 a 2,6 GHz) e 5G (3,5 GHz).
Tendo demonstrado a eficácia de seu componente por si só, os pesquisadores criaram um conjunto SR que poderia alimentar um sensor de temperatura disponível comercialmente usando apenas menos 27 dBm de RF ambiente.
No futuro, a equipe espera que esse método possa ser usado para reduzir o custo de carbono da operação de redes sem fio, reduzindo a dependência de baterias e o consumo de energia em sensores e outros pequenos dispositivos.
