A sajátos „energiabetakarító” módszer egyszer és mindenkorra átírhatja azt, ahogyan az elektromos eszközök töltését és működtetését ismerjük: rádiófrekvenciás jeleket képes hasznosítható egyenárammá alakítani.
A Szingapúri Nemzeti Egyetem (NUS) kutatói új módszert fejlesztettek ki a környezeti rádiófrekvenciás (RF) jelek egyenárammá (DC) alakítására, ami lehetővé teszi elektronikus eszközök és szenzorok akkumulátor nélküli működését.
A Wi-Fi, Bluetooth és 5G technológiák mind RF jelekre támaszkodnak az adatok továbbításához. A NUS tudósai pedig kifejlesztették egy eszköz prototípusát, ami a környezeti vagy „hulladék” RF jeleket DC feszültséggé alakítja és kis elektronikus eszközöket már most képes működtetni. A NUS szerint az RF energiabetakarító technológiák csökkenthetik az akkumulátor-függőséget, meghosszabbíthatják az eszközök élettartamát, minimalizálhatják a környezeti hatást, és növelhetik a vezeték nélküli szenzorhálózatok, illetve IoT eszközök akár távoli területeken történő telepítését.
Az RF energiabetakarító technológiák számára egyedül a környezeti RF jelek gyenge (-20dBm alatti) teljesítménye okozhat problémát. Ahol ez fennáll, ott a jelenlegi egyenirányító technológiájuk vagy nem működik, vagy alacsony RF-DC átalakítási hatékonyságot mutat. Az antenna hatékonyságának és a váltakozó áramú ellenállás illesztésének javítása ugyanakkor növelheti a teljesítményt, de egyben az on-chip technológia méretét is.
A kihívások megoldása érdekében a NUS kutatói – együttműködve a japán Tohoku és az olasz Messina Egyetem tudósaival – egy kompakt és érzékeny egyenirányító technológiát fejlesztettek ki. Ez ún. nanoszkopikus spin-egyenirányítót (SR) használ a környezeti rádiófrekvenciás jelek DC feszültséggé alakítására. A csapat optimalizálta az SR eszközöket és két konfigurációt tervezett. Mindkettőt energiabetakarító modulba integrálták, amiről aztán egy kereskedelmi forgalomban kapható hőmérőt működtettek mínusz 27dBm-es jelek átalakításával.
„A környezeti RF elektromágneses jelek betakarítása kulcsfontosságú az energiahatékony elektronikai eszközök és szenzorok fejlesztése szempontjából, de a ma ismert energiabetakarító modulok nehezen működnek alacsony környezeti teljesítmény mellett – érvelt a kutatás létjogosultsága mellett a Nature-ben közölt tanulmány egyik szerzője, Yang Hyunsoo professzor. A NUS Villamos- és Számítástechnikai Tanszékének oktatója szerint a csapat optimalizálta a spin-egyenirányítókat, hogy azok alacsony RF teljesítményszinteken is működjenek, és egy ilyen spin-egyenirányítósorozatot integráltak energiabetakarító modulba, hogy LED-et és kereskedelmi szenzort működtessenek róla, -20dBm alatti RF teljesítménnyel.
„Eredményeink azt mutatják, hogy az SR-technológia könnyen integrálható és méretezhető, lehetővé téve nagyméretű SR-sorozatok fejlesztését különféle alacsony teljesítményű RF és kommunikációs alkalmazásokhoz.”
A NUS kutatócsapata most már egy on-chip antenna integrációját vizsgálja, ami javíthatja az SR technológiák hatékonyságát és kompakt kialakítását. Soros-párhuzamos kapcsolatok fejlesztésén szintén dolgoznak, on-chip összekötőket használva az egyes SR-ek összekapcsolásához. A kutatók további céljai közé tartozik, hogy ipari és akadémiai partnerekkel együttműködve fejlesszenek önfenntartó intelligens rendszereket.
Főoldali kép: Freepik
„A magyar beruházás nagyon előrehaladott, ugyanakkor rendkívül komplex. Sok mindent újra kell gondolnunk ebben a projektben, rengeteg megoldandó feladat van, hogy az előnyt, amire Magyarország szert tett, valódi hozzáadott értékké, profittá tudjuk kovácsolni.”