تبدیل سیگنال های وایفای بی سیم برای تأمین انرژی وسایل الکترونیکی کوچک

تیمی از محققان دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) و دانشگاه توهوکو ژاپن (TU) موفق به تأمین انرژی دستگاههای الکترونیکی کوچک بدون استفاده از باتری با سیگنالهای وایفای شدند. این تیم از دستگاه های هوشمند کوچک معروف به اسیلاتورهای spin-torque (STO) برای جمع آوری و تبدیل فرکانس های رادیویی بی سیم به انرژی برای تأمین ولتاژ دستگاه های الکترونیکی کوچک، استفاده کردند.

این تحقیقات با همکاری تیم تحقیقاتی پروفسور گوا یونگ شین، همچنین از گروه مهندسی برق و کامپیوتر NUS، پروفسور شونسوکه فوکامی و تیم او از دانشگاه توهوکو است، انجام شده است. نتایج در 18 ماه مه 2021 در Nature Communications منتشر شد.

پروفسور یانگ هیونسو از گروه مهندسی برق و کامپیوتر NUS، که سرپرست این پروژه بود، گفت: 

ما توسط سیگنالهای Wi-Fi احاطه شده ایم، اما وقتی از آنها برای دسترسی به اینترنت استفاده نمی کنیم، آنها غیرفعال هستند، و این به معنی هدر دادن این انرژی است. آخرین نتیجه ما گامی در جهت تبدیل امواج رادیویی 2.4 گیگاهرتز به یک منبع سبز انرژی است، بنابراین نیاز به باتری برای تأمین انرژی الکترونیکی را که به طور منظم استفاده می کنیم کاهش می دهد. به این ترتیب، ابزارهای کوچک الکتریکی و سنسورها می توانند به صورت بی سیم انرژی خود را تأمین کنند با ظهور خانه ها و شهرهای هوشمند، کار ما می تواند باعث ایجاد برنامه های کم مصرف در ارتباطات، محاسبات و سیستم های نورومورفیک شود.

آرایه ای که در آن هشت STO به طور سری متصل شده بود، به محققان کمک کرد تا بر محدودیت های مکانی (فاصله) و فرکانس پایین غلبه کنند. این آرایه آنها را قادر می سازد تا امواج رادیویی الکترومغناطیسی 2.4 گیگاهرتز (استفاده شده در Wi-Fi) را به یک سیگنال ولتاژ مستقیم تبدیل کنند که بعداً به یک خازن منتقل شد تا یک LED روشن شود. با شارژ شدن آن به مدت پنج ثانیه، خازن پس از خاموش شدن برق بی سیم توانست به مدت یک دقیقه همان LED را روشن کند.

تیم تحقیقاتی به اهمیت توپولوژی الکتریکی برای طراحی سیستم های STO آنچیپ اشاره کردند و طراحی سری را با طراحی موازی مقایسه کردند. در طول تحقیقات، مشخص شد که پیکربندی موازی به دلیل ثبات در حوزه زمان، رفتار نویز طیفی و کنترل عدم تطابق امپدانس، برای انتقال بی سیم مفید تر است. از طرف دیگر، از اتصالات سری می توان به دلیل اثر افزایشی ولتاژ دیود از STO برای دریافت انرژی استفاده کرد.

این تیم در حال برنامه ریزی است که دستگاه های دریافت انرژی خود را برای شارژ بی سیم سایر دستگاه ها و سنسورهای الکترونیکی تست کند. آنها همچنین امیدوارند با همکاری شرکای صنعت بتوانند توسعه STO های آنچیپ را برای سیستم های هوشمند خود-پایدار فرآهم کنند، در نتیجه امکان شارژ بی سیم و سیستم های تشخیص سیگنال بی سیم را فراهم می کنند.