دستگاهی که سیگنال‌های Wi-Fi را به برق تبدیل می‌کند توسط دانشمندان ساخته شد
تیمی از محققان به رهبری دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) پیشرفت چشمگیری در فناوری برداشت انرژی داشته‌اند. این نوآوری می‌تواند نیاز به باتری‌ها در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف را از بین ببرد.
آنها یک نوع جدید از رگولاتور را توسعه داده‌اند که می‌تواند سیگنال‌های فرکانس رادیویی (RF) محیطی را که معمولاً به عنوان انرژی “ضایعاتی” محسوب می‌شوند، به ولتاژ مستقیم (DC) قابل استفاده تبدیل کند.
به طور خاص، فناوری نوآورانه آنها سیگنال‌های RF محیطی از منابعی مانند Wi-Fi و شبکه‌های سلولی را به برق قابل استفاده تبدیل می‌کند.
در بیش‌خبر آمده است: «فناوری‌های برداشت انرژی RF، مانند این، ضروری هستند زیرا وابستگی به باتری را کاهش داده، عمر دستگاه‌ها را افزایش می‌دهند، تأثیرات زیست‌محیطی را به حداقل می‌رسانند و امکان‌پذیری شبکه‌های حسگر بی‌سیم و دستگاه‌های اینترنت اشیا را در مناطق دورافتاده‌ای که تعویض مکرر باتری غیرعملی است، افزایش می‌دهند.»
برداشت سیگنال‌های الکترومغناطیسی RF محیطی
تحقیقات استفاده از رگولاتورهای چرخشی نانو (SR) برای دستیابی به این تبدیل را نمایش داد. آنها این کار را حتی در سطوح پایین توان RF زیر -20 dBm انجام دادند، آستانه‌ای که فناوری‌های موجود به آن دچار مشکل می‌شوند.
پروفسور یانگ هیونسو از NUS که پروژه را هدایت کرد، توضیح داد: «ما رگولاتورهای چرخشی را بهینه‌سازی کردیم تا در سطح توان پایین RF موجود در محیط عمل کنند و یک مجموعه از این رگولاتورها را به یک ماژول برداشت انرژی برای تأمین توان LED و حسگر تجاری در توان RF کمتر از -20 dBm یکپارچه کردیم.»
تیم با موفقیت یک حسگر دمای تجاری را با این فناوری به کار انداخت.
«برداشت سیگنال‌های الکترومغناطیسی RF محیطی برای پیشرفت دستگاه‌ها و حسگرهای الکترونیکی کم‌مصرف بسیار حیاتی است،» یانگ گفت. «اما ماژول‌های برداشت انرژی موجود در توان محیطی پایین با چالش‌هایی مواجه هستند به دلیل محدودیت‌های فناوری رگولاتورهای موجود.»
غلبه بر چالش‌های موجود
رگولاتورهای سنتی مانند دیودهای شاتکی با محدودیت‌های ترمودینامیکی و اثرات مزاحم در سطح توان پایین مواجه هستند.
«رگولاتورهای چرخشی نانو، از سوی دیگر، یک فناوری جمع و جور برای تبدیل حساس و کارآمد RF به DC ارائه می‌دهند»، یانگ تاکید کرد. این فناوری حساسیت و کارآمدی بهبودیافته‌ای را ارائه می‌دهد.
تیم دستگاه‌های SR را بهینه کرد و تنظیماتی ایجاد کرد که در طیف وسیعی از توان به طور موثر عمل می‌کنند.
«برای بهبود خروجی و دستیابی به عملیات روی تراشه‌ای، SRها به صورت آرایه‌ای قرار گرفتند، با استفاده از موجبرهای هم‌محور کوچک روی SRها برای جفت کردن توان RF، که منجر به یک ناحیه کوچک روی تراشه و کارایی بالا شد،» محققان ذکر کردند .
نکته مهم، یک آرایه از 10 SR موفق به دستیابی به کارایی 7.8٪ و حساسیت بالا شد.
طرح آینده
دکتر راگاوشارما، اولین نویسنده مقاله گفت: «فناوری رگولاتور چرخشی یک جایگزین امیدوارکننده ارائه می‌دهد که کارایی و حساسیت دیود شاتکی موجود را در محدوده توان پایین پشت سر می‌گذارد.»
«این پیشرفت معیار فناوری‌های رگولاتور RF را در توان پایین تعیین می‌کند و راه را برای طراحی برداشت‌کنندگان انرژی RF محیطی نسل بعدی و حسگرهایی مبتنی بر رگولاتورهای چرخشی هموار می‌کند.»
تیم تحقیقاتی اکنون بر روی یکپارچه‌سازی یک آنتن روی تراشه برای بهبود کارایی و جمع‌وجوری فناوری خود متمرکز شده‌اند.
آنها همچنین در حال بررسی اتصالات سری-موازی و اتصالات بین تراشه‌ای برای بهبود برداشت توان RF هستند، با این پتانسیل که ولتاژ کافی برای حذف نیاز به بوستر DC-to-DC تولید کنند.
این تحقیقات با همکاری دانشمندانی از دانشگاه توهوکو در ژاپن و دانشگاه مسینا در ایتالیا انجام شده است.
