Imagen: Christine Daniloff. MIT.
Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han conseguido capturar la señal wifi y convertirla en electricidad, abriendo la puerta a la posibilidad de que en el futuro esta señal inalámbrica pueda alimentar a los dispositivos electrónicos.
El wifi es un mecanismo de conexión de dispositivos electrónicos de forma inalámbrica. Funciona con microondas que oscilan entre los 300 MHz y los 300 GHz, usadas también por la telefonía móvil, las comunicaciones por satélite o los radares.
Las redes wifi usan una tecnología de radiofrecuencia llamada 802.11 para proporcionar conectividad inalámbrica. Son estas ondas electromagnéticas las que pueden convertirse en electricidad, según los resultados obtenidos en esta investigación.
Lo han conseguido con el primer dispositivo completamente flexible que convierte la energía de la señal de wifi en electricidad, y lo han comprobado experimentalmente en diferentes objetos electrónicos.
Nueva antena rectificadora
Los dispositivos que convierten las ondas electromagnéticas en corriente continua se denominan "antenas rectificadoras" (rectenas). Lo que han hecho estos investigadores es desarrollar un nuevo tipo de antena rectificadora, cuyas características describen en un artículo publicado en la revista Nature.
Tal como explican en su artículo, el sistema está equipado con una antena de radiofrecuencia (RF) flexible que captura las ondas electromagnéticas, incluidas las ondas Wi-Fi, y las restaura como corriente eléctrica alterna (en primer lugar).
La antena está conectada a un dispositivo que consiste en un semiconductor bidimensional de unos pocos átomos de espesor. La señal alterna fluye en el semiconductor, que luego la convierte en una corriente continua. A continuación puede usarse para alimentar circuitos electrónicos de cualquier tipo, o para recargar baterías.
De esta manera, el dispositivo captura y transforma pasivamente las señales wifi ubicuas en una corriente directamente utilizable. Además, es flexible y permite su fácil despliegue en superficies muy grandes.
Tomás Palacios, coautor del estudio, explica en un comunicado : "Hemos desarrollado una nueva forma de impulsar los sistemas electrónicos del futuro: aprovechamos la energía wifi y podemos desplegar fácilmente la tecnología en grandes áreas".
Primeras aplicaciones
Las primeras aplicaciones prometedoras del proyecto propuesto incluyen el suministro de electricidad para productos electrónicos flexibles, portátiles, dispositivos médicos y sensores para el "Internet de las cosas".
Jesús Grajal, investigador de la Universidad Politécnica de Madrid, explica el potencial de la tecnología para la transmisión de datos de dispositivos médicos implantables. Por ejemplo, los investigadores están comenzando a desarrollar píldoras que los pacientes puedan tragar y sirvan para transferir datos relacionados con la salud a un ordenador con fines de diagnóstico.
"Idealmente, no queremos utilizar baterías para alimentar estos sistemas médicos, porque si hay una fuga de litio, el paciente puede morir", dice Grajal. "Es una buena idea recuperar la energía del ambiente para alimentar estos pequeños laboratorios dentro del cuerpo y que comunicar datos a ordenadores externos sin riesgos para el paciente", añade.
El wifi es un mecanismo de conexión de dispositivos electrónicos de forma inalámbrica. Funciona con microondas que oscilan entre los 300 MHz y los 300 GHz, usadas también por la telefonía móvil, las comunicaciones por satélite o los radares.
Las redes wifi usan una tecnología de radiofrecuencia llamada 802.11 para proporcionar conectividad inalámbrica. Son estas ondas electromagnéticas las que pueden convertirse en electricidad, según los resultados obtenidos en esta investigación.
Lo han conseguido con el primer dispositivo completamente flexible que convierte la energía de la señal de wifi en electricidad, y lo han comprobado experimentalmente en diferentes objetos electrónicos.
Nueva antena rectificadora
Los dispositivos que convierten las ondas electromagnéticas en corriente continua se denominan "antenas rectificadoras" (rectenas). Lo que han hecho estos investigadores es desarrollar un nuevo tipo de antena rectificadora, cuyas características describen en un artículo publicado en la revista Nature.
Tal como explican en su artículo, el sistema está equipado con una antena de radiofrecuencia (RF) flexible que captura las ondas electromagnéticas, incluidas las ondas Wi-Fi, y las restaura como corriente eléctrica alterna (en primer lugar).
La antena está conectada a un dispositivo que consiste en un semiconductor bidimensional de unos pocos átomos de espesor. La señal alterna fluye en el semiconductor, que luego la convierte en una corriente continua. A continuación puede usarse para alimentar circuitos electrónicos de cualquier tipo, o para recargar baterías.
De esta manera, el dispositivo captura y transforma pasivamente las señales wifi ubicuas en una corriente directamente utilizable. Además, es flexible y permite su fácil despliegue en superficies muy grandes.
Tomás Palacios, coautor del estudio, explica en un comunicado : "Hemos desarrollado una nueva forma de impulsar los sistemas electrónicos del futuro: aprovechamos la energía wifi y podemos desplegar fácilmente la tecnología en grandes áreas".
Primeras aplicaciones
Las primeras aplicaciones prometedoras del proyecto propuesto incluyen el suministro de electricidad para productos electrónicos flexibles, portátiles, dispositivos médicos y sensores para el "Internet de las cosas".
Jesús Grajal, investigador de la Universidad Politécnica de Madrid, explica el potencial de la tecnología para la transmisión de datos de dispositivos médicos implantables. Por ejemplo, los investigadores están comenzando a desarrollar píldoras que los pacientes puedan tragar y sirvan para transferir datos relacionados con la salud a un ordenador con fines de diagnóstico.
"Idealmente, no queremos utilizar baterías para alimentar estos sistemas médicos, porque si hay una fuga de litio, el paciente puede morir", dice Grajal. "Es una buena idea recuperar la energía del ambiente para alimentar estos pequeños laboratorios dentro del cuerpo y que comunicar datos a ordenadores externos sin riesgos para el paciente", añade.
Desafío técnico superado
Las antenas rectificadoras explotan un componente indispensable llamado "rectificador", que convierte la señal de corriente alterna obtenida inicialmente (CA) en corriente continua (CC).
Los rectificadores contenidos en las rectenas tradicionales explotan el arseniuro de silicio o galio. Estos materiales pueden cubrir la banda de Wi-Fi, pero son rígidos. Y aunque el uso de estos materiales para fabricar pequeños dispositivos es relativamente económico, su uso para cubrir grandes áreas, como la construcción de fachadas y paredes, sería muy costoso.
Los investigadores han estado tratando de resolver estos problemas durante mucho tiempo. Las pocas rectenas flexibles desarrolladas hasta ahora solo funcionan con bajas frecuencias y no pueden capturar ni convertir señales en el rango de frecuencia en el que se encuentran la mayoría de las señales de teléfonos móviles y Wi-Fi.
Para superar este problema, los investigadores utilizaron un nuevo material 2D llamado "disulfuro de molibdeno" (MoS 2), que, con un grosor de solo tres átomos, es uno de los semiconductores más finos del mundo. En esta tecnología, este material es el encargado de transformar la señal wifi en eléctrica. Ofrece además una flexibilidad muy superior a la del silicio que potencia su alcance.
"Este dispositivo es completamente flexible y lo suficientemente rápido como para cubrir la mayoría de las bandas de radiofrecuencia utilizadas por nuestros sistemas electrónicos cotidianos, como Wi-Fi, Bluetooth, LTE celular y muchos más", explica el autor principal, Xu Zhang.
Las antenas rectificadoras explotan un componente indispensable llamado "rectificador", que convierte la señal de corriente alterna obtenida inicialmente (CA) en corriente continua (CC).
Los rectificadores contenidos en las rectenas tradicionales explotan el arseniuro de silicio o galio. Estos materiales pueden cubrir la banda de Wi-Fi, pero son rígidos. Y aunque el uso de estos materiales para fabricar pequeños dispositivos es relativamente económico, su uso para cubrir grandes áreas, como la construcción de fachadas y paredes, sería muy costoso.
Los investigadores han estado tratando de resolver estos problemas durante mucho tiempo. Las pocas rectenas flexibles desarrolladas hasta ahora solo funcionan con bajas frecuencias y no pueden capturar ni convertir señales en el rango de frecuencia en el que se encuentran la mayoría de las señales de teléfonos móviles y Wi-Fi.
Para superar este problema, los investigadores utilizaron un nuevo material 2D llamado "disulfuro de molibdeno" (MoS 2), que, con un grosor de solo tres átomos, es uno de los semiconductores más finos del mundo. En esta tecnología, este material es el encargado de transformar la señal wifi en eléctrica. Ofrece además una flexibilidad muy superior a la del silicio que potencia su alcance.
"Este dispositivo es completamente flexible y lo suficientemente rápido como para cubrir la mayoría de las bandas de radiofrecuencia utilizadas por nuestros sistemas electrónicos cotidianos, como Wi-Fi, Bluetooth, LTE celular y muchos más", explica el autor principal, Xu Zhang.
Referencia
Two-dimensional MoS2-enabled flexible rectenna for Wi-Fi-band wireless energy harvesting. Xu Zhang et al. Nature, 2019. DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-019-0892-1
Two-dimensional MoS2-enabled flexible rectenna for Wi-Fi-band wireless energy harvesting. Xu Zhang et al. Nature, 2019. DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-019-0892-1