Phát minh mới: Thu thập tín hiệu Wi-Fi và Bluetooth thành năng lượng cho các thiết bị nhỏ

Các tín hiệu vô tuyến có thể được chuyển đổi thành điện bằng cách sử dụng một loại ăng-ten mới dựa trên cách các electron hoạt động ở cấp độ lượng tử. (Ảnh minh họa: Flavio Coelho)

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một "rectenna" hoặc ăng-ten chỉnh lưu có độ nhạy cao, một thành phần khai thác những điểm kỳ quặc của vật lý lượng tử để chuyển đổi hiệu quả năng lượng điện từ thành điện một chiều (DC). Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp mới lạ này để thu electron để cấp nguồn cho nhiệt kế thương mại.

Trong một nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Nature Electronics , các nhà khoa học cho rằng công nghệ này có thể được mở rộng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị và cảm biến Internet vạn vật (IoT) bằng cách sử dụng một phần nhỏ tín hiệu tần số vô tuyến (RF) dư thừa mà chúng sử dụng để giao tiếp với nhau.

Rectennas nhận sóng điện từ như được tìm thấy trong tín hiệu tần số vô tuyến (RF) như Wi-Fi và Bluetooth hoặc các bước sóng ánh sáng khác nhau và thu chúng dưới dạng điện xoay chiều (AC) thông qua ăng-ten. Sau đó, thiết bị chuyển đổi điện này thành điện DC thông qua mạch chỉnh lưu của nó.

Trong những trường hợp này, năng lượng được truyền trực tiếp đến thiết bị dưới dạng năng lượng vi sóng. Tín hiệu RF xung quanh yếu hơn nhiều và không hướng trực tiếp đến thiết bị.

Để khai thác các tín hiệu xung quanh rất yếu do mạng Wi-Fi và Bluetooth tạo ra, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang một lĩnh vực tương đối ít được biết đến của nghiên cứu lượng tử. Được gọi là "spintronics", nó nghiên cứu spin lượng tử của electron và cách thức liên quan đến từ trường.

Các nhà nghiên cứu đã dựa vào các đặc tính của các mối nối đường hầm từ (MTJ), một thành phần bao gồm một lớp vật liệu cách điện rất mỏng được kẹp giữa hai lớp từ. MTJ thường được sử dụng nhất trong ổ đĩa cứng và đã được sử dụng trong các loại bộ nhớ máy tính khác . Tín hiệu RF có thể tác động đến MTJ, trong đó dòng điện của tín hiệu ảnh hưởng đến sự quay của các electron bên trong cấu trúc. Điều này có thể được khai thác để tạo ra điện.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một loạt "bộ chỉnh lưu spin" (SR) ở cấp độ nano được hình thành từ MTJ, với kích thước đầy đủ là 40 x 100 nanomet vuông và 80 x 200 nm2, nhạy cảm với tần số của các tín hiệu điện từ xung quanh phổ biến như Wi-Fi (tần số 2,4 gigahertz), 4G (2,3 đến 2,6 GHz) và 5G (3,5 GHz).

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng phương pháp này có thể được sử dụng để giảm chi phí carbon khi vận hành mạng không dây bằng cách giảm sự phụ thuộc vào pin và mức tiêu thụ năng lượng trong các cảm biến và thiết bị nhỏ khác.