Ohebná 2D anténa vyrábí z Wi-Fi signálů elektřinu  
Rekteny jsou obvykle pevné. Ale tahle je ze sulfidu molybdeničitého a jako taková je slušně ohebná. Takové rekteny by mohly pohánět malou ohebnou nebo lékařskou elektroniku. Nakonec by rektenová elektronika mohla obalovat budovy s komunikacemi a tvořit inteligenci celých měst.
Anténa, která překlopí Wi-Fi signály na elektrický proud. Kredit: Christine Daniloff.
Anténa, která překlopí Wi-Fi signály na elektrický proud. Kredit: Christine Daniloff.

Bezdrátové nabíjení se stává běžnou rekvizitou dnešní doby. Obvykle ale funguje jen na velmi krátkou vzdálenost. Nabíjené zařízení většinou musí být na nabíjecí podložce či podobných věcech, tím se ovšem bezdrátové nabíjené vlastně opět stává „drátovým“. Výhody bezdrátovosti pak pochopitelně poněkud ztrácejí na lesku.

 

Tomás Palacios z Massachusettského technologického institutu (MIT) a jeho tým patří k těm, co se s tím nehodlají smířit. Vyvinuli ultra tenké zařízení, které dokáže přijímat Wi-Fi signály a přeměňovat je na elektřinu. Je to rektena (rectenna, rectifying antenna), tedy anténa, která konvertuje elektromagnetické záření na stejnosměrný elektrický proud. Většina dosavadních rekten je z pevného materiálu, obvykle z křemíku nebo arsenidu galia. Jsou vhodné k pohánění malé elektroniky.

 

Tomás Palacios. Kredit: David Sella / MIT.
Tomás Palacios. Kredit: David Sella / MIT.

Palacios a spol. vyvíjejí nový typ rekteny, která by byla ohebná a mohla by fungovat ve velkých velikostech. V rekteně je klíčová komponenta, která uskutečňuje přeměnu Wi-Fi signálu na elektrický proud, vytvořená ze sulfidu molybdeničitého MoS2. Jde o polovodičový 2D materiál, který má tloušťku pouhé tři atomy. Je velice ohebný a přitom stále dobře funkční.

 

Massachusetts Institute of Technology.
Massachusetts Institute of Technology.

Badatelé uvádějí, že jejich rektena založená na sulfidu molybdeničitém dovede přijímat až 10 GHz bezdrátové vysílání a konvertovat je na elektřinu s účinností až 30 procent. To je mnohem více, než u jiných podobných ohebných rekten, a podle Palaciose a spol. jejich rektena funguje také rychleji.

 

Nová rektena ještě není ideální. Neohebné rekteny dosahují účinnosti až 60 procent. Rektena Palaciosova týmu také nevytvoří zrovna oslnivé množství elektřiny. Ze 150 mikrowattů Wi-Fi signálu vytvoří 40 mikrowattů v elektřině. Není to moc, ale mohlo by to pohánět malou nositelnou nebo medicínskou elektroniku, která by tím pádem nepotřebovala baterie. Tým autorů rekteny věří, že její nevýhody budou převáženy výhodami, včetně její ohebnosti.


Podle Palaciose by podobné ohebné rekteny mohly pohánět sofistikované elektronické systémy, které by pak mohly obalovat celý most nebo třeba pokrývat dálnici či zdi budov. Taková elektronika by pokryla inteligencí celé naše okolí, a přitom by těžila energii ze všudypřítomné Wi-Fi mlhy. Palacios s kolegy na tom ještě budou pracovat a chtějí zlepšit účinnost a další parametry ohebné rekteny. 

Video:  Tomás Palacios: Gallium Nitride for Energy Efficiency


Literatura
MIT News 28. 1. 2019, Nature 28. 1. 2019.

Datum: 30.01.2019
Tisk článku

Malý vědec 3 - Senćanski Tomislav
 
 
cena původní: 189 Kč
cena: 161 Kč
Malý vědec 3
Senćanski Tomislav

Diskuze:

Divná čísla

Stanislav Brabec,2019-02-10 21:03:41

Nevím, kde autoři přišli s možností získat 150 µW.

Wi-Fi smí vysílat nejvýše 100 mW (mimo EU i trochu více). Ovšem tolik vysílá jen tehdy, když dochází k intenzivnímu přenosu dat. Jinak padá vyzářený výkon na nepatrný zlomek (500 µW). To je ovšem všesměrový výkon (EIRP).

Takže 150 µW uváděných v článku je vlhký sen autorů. S 5cm anténou ve 20cm vzdáleností od vysílače by šlo při 100% účinnosti zaručit pouze 2,5 µW. Ve 2m vzdálenosti již jen 25 nW. Ledaže by k tomu dávali autoři speciální software, který by trvale zahltil WiFi v celém okolí. Pak by skutečně mohli dostat na 5 µW ve 2m vzdálenosti od Wi-Fi vysílače. Těžko lze předpokládat, že by ve 2m okolí mostního oblouku operovalo 30 zahlcených Wi-Fi vysílačů naráz, aby dosáhlí kýžených 150 µW.

Navíc zde již máme hotovou technologii NFC, která přesně toto umí, a byla k tomu navržena. Pak zde máme Sigfox nemo LoRa, které se sice neumí živit z radiového signálu, ale životnost baterie přesahuje 10 let.

Odpovědět

Pochopení

Josef Šoltes,2019-01-31 09:37:10

Dobré k pochopení, jak toto funguje, je světlo. Máte bodový zdroj světla, které vysílá světlo do všech směrů okolo sebe. Čím jste dál, tím méně světla dopadá na jednotku plochy. A ekvivalentem této antény bude u světla jakákoliv překážka. A překážkou bude stín, tedy absence světla. Stejně jako za anténou bude rádiový stín.

Odpovědět

Pozor na procenta účinnosti

Mintaka Earthian,2019-01-30 23:22:57

Dobrý den

Text v článku, by mohl svádět k nesprávnému pochopení, že takové zařízení, dovede přeměnit 30% veškerého vyzářeného výkonu vysílače zpět na elektřinu.

Odhaduji, že skutečná účinnost v reálu, tedy například při konverzi signálu z běžných WiFi routerů, bude pod jedním procentem vyzářeného výkonu.

Už jen uvědomění si to, že taková anténa může konvertovat jen vlnění, které se dostane k jejímu povrchu jejím, a že antény běžných routerů vysílají převážně všesměrově.

Přesněji:
https://en.wikipedia.org/wiki/Near_and_far_field#/media/File:FarNearFields-USP-4998112-2.svg
nebo
http://www.trente.eu/app-visualize-your-wifi-signal/

Odpovědět


Re: Pozor na procenta účinnosti

Petr Kr,2019-01-31 07:10:54

Ten text to ani nenaznačuje a každý, kdo měl TV anténu asi ví, že čím byl dál od zdroje, tím má slabší signál a musí použít větší anténu. Proto bych nemátl širokou veřejnost vaším údajem o 1%.

Odpovědět

A co primární účel?

Václav Krupička,2019-01-30 11:32:43

Anténky, které by ve velkém odsávaly energii vf. elmag pole, nutně snižují úroveň signálu, který
má samozřejmě jiný (určitě rozumnější) cíl.

Odpovědět


Re: A co primární účel?

Lukáš Fireš,2019-01-30 15:21:32

Tak pokud to neumístítě mezi svůj notebook a router, tak samozřejmě nemá rozumnější cíl. Domácí / vnitrofiremní 2.4GHz WiFi je všesměrová (není to sice koule, ale pořád to vysílá na všechny strany, ať už tam někdo je nebo není).

Odpovědět


Re: A co primární účel?

Jiri Naxera,2019-01-31 10:55:34

Tak v článku uvedený příklad že to pověsíte na most znamená buď že se to pole pohltí v betonu, nebo že to přijme ta anténka a udělá s tím něco užitečného (jako změří namáhání v pilíři, nebo špicluje kolemjdoucí.)
Spíš bych narážel na praktičnost - dálnice nebo železniční most někde v tramtárii se v moc silném VF poli nenachází, a tam kde je pole využitelné, tak pro změnu jsou dostupnější zdroje energie, třeba lampa veřejného osvětlení, nebo napájení žaluzie na domě apod. A navíc skoro kamkoli vede WiFina se dá dát solární panel.

Odpovědět


Re: Re: A co primární účel?

Jan Novák9,2019-01-31 22:31:36

Vzorový příklad: Máte 100 metrů mostu na kterém potřebujete udělat testy s 50 senzory po dobu 1 měsíce. Některé senzory jsou ve tmě a potřebujete měřit i v noci. Máte 3 možnosti:
1. Použijete tohle, pověsíte a připojíte GSM/wifi modem na lampu a máte vystaráno.
2. Natáhnete půl kilometru napájecích kabelů a stejně použijete wifi pro data
3. Natáhnete kilometr kabelů a použijete jen gsm modem protože datové připojení tam jiné není.

Odpovědět


Re: Re: Re: A co primární účel?

Václav Krupička,2019-02-01 16:12:30

Máte jistě pravdu. Reagoval jsem na formulace "obalovat celý most ... pokrývat dálnici ". Když vložím myš do nerezového hrnce s těsnou pokličkou, nebo jdu za cca 1m tlustou zeď, můj notebook
si dál s myší rozumí. Takže šíření signálu v těchto aplikacích není jako světlo svíčky.

Odpovědět

No, nechcem byť hnidopich

Vladimír Bzdušek,2019-01-30 11:29:18

ale asi mi tu niečo nesedí. Pri smerovom rádiovom spojení a vysokej frekvencii môže byť účinnosť prenosu energie vysoká. Ale tu? Nič takého ako fokusáciu tu nebadám. A ak mám 150 mikroW vysielaného výkonu a prijímač vypotí 40, čo sa stane ak zapnem 4 prijímače súčasne? Vzdialenosti, poloha ?

Odpovědět


Re: No, nechcem byť hnidopich

Lukáš Fireš,2019-01-30 15:31:52

To je spíše pro drobné senzory, co třeba sbírají energii do kondenzátoru a jednou za hodinu změří třeba teplotu či vlhkost. Na počtu senzorů moc nezáleží, WiFi signál jde stejně ven, z budovy, kde už není k užitku.

Odpovědět


Re: Re: No, nechcem byť hnidopich

Jiri Naxera,2019-01-31 11:00:43

Tak pak ale proč ten senzor nepřipojit k normálnímu akumulátorku napájenému solárem? Což dá energie mnohem víc, navíc se na prototyp dají koupit už hotové ve slevě za $1 v OBI takové ty zapichovací světýlka do záhonku, stačí odpojit tu LEDku co má v noci svítit.

Spíš bych si použití dovedl představit pro nějakou štěnici, kde to že je pod malbou a není třeba řešit zdroj proudu je dost velká výhoda.

Odpovědět


Re: No, nechcem byť hnidopich

Petr Kr,2019-01-31 07:16:30

Pochopte, nemáte 150 uW výkonu vysílače, ale příjmu do této WiFi antény. A ta vypotí 40uW elektřiny. Vysílač vysílá všesměrově a má u zdroje W, pak mW a vy jste 20m daleko a k vám do malé antény dojdou ty uW.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace