Imagine um mundo onde smartphones, laptops, wearables e outros eletrônicos funcionam sem baterias. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts deram um passo nessa direção com o lançamento do primeiro dispositivo totalmente flexível que pode converter a energia dos sinais Wi-Fi na eletricidade necessária para alimentar a eletrônica.
O que é retena
Uma retena é um dispositivo que converte ondas eletromagnéticas de corrente alternada em corrente contínua. Os pesquisadores descreveram uma nova espécie na revista Nature. Ele usa uma antena de radiofrequência flexível que captura ondas eletromagnéticas, incluindo wi-fi. Ele se conecta a um semicondutor bidimensional com vários átomos de espessura. A corrente alternada flui para o semicondutor, que a converte em corrente contínua, o que permite alimentar circuitos eletrônicos ou carregar baterias.
Assim, o dispositivo captura e converte passivamente sinais de Wi-Fi em DC. É flexível e pode ser produzido em rolos para cobrir uma grande área.
A nova maneira de impulsionar a Internet das coisas
“E se criarmos sistemas eletrônicos que envolvem uma ponte, ou cobrir uma rodovia inteira ou paredes de escritórios e dermos inteligência eletrônica a tudo que nos rodeia? Como podemos alimentar todos esses eletrônicos? Pergunta o co-autor Thomas Palacios, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e diretor do Centro de Dispositivos de Grafeno e Sistemas 2D em Laboratórios de Tecnologia de Microsistemas. “Desenvolvemos uma nova maneira de alimentar os sistemas eletrônicos do futuro, captando energia Wi-Fi de uma forma que pode ser facilmente integrada em grandes áreas para que todos os objetos ao nosso redor ganhem inteligência.”
Vídeo promocional:
As primeiras aplicações promissoras para a retina proposta incluem a alimentação de eletrônicos flexíveis e vestíveis, dispositivos médicos e sensores IoT. Smartphones flexíveis, por exemplo, são um novo mercado quente para grandes empresas de tecnologia. O dispositivo experimental gera cerca de 40 μW de energia quando exposto a níveis de potência de sinal Wi-Fi típicos (cerca de 150 μW). Isso é mais do que suficiente para iluminar uma tela de telefone celular simples ou chips de energia.
Aplicação em medicina
Segundo o pesquisador da Universidade Técnica de Madrid, Jesús Grajal, uma das aplicações possíveis do desenvolvimento é a transmissão de dados para dispositivos médicos implantáveis. Por exemplo, pílulas que irão transferir dados sobre a saúde do paciente para um computador para posterior diagnóstico.
“É perigoso usar baterias para alimentar esses sistemas porque se houver vazamento de lítio, o paciente morrerá”, diz Grahal. "É muito melhor colher energia do meio ambiente para alimentar esses pequenos laboratórios dentro do corpo e transmitir dados para computadores externos."
Retificador flexível
Todos os retificadores dependem de um componente conhecido como "retificador", que converte CA em CC. Nos retificadores tradicionais, o retificador é feito de silício ou arseneto de gálio. Esses materiais podem cobrir as frequências de wi-fi, mas são difíceis. Embora sejam relativamente baratos para fazer pequenos dispositivos, cobrir grandes áreas, como superfícies de edifícios e paredes, seria proibitivamente caro. Os pesquisadores há muito tentam resolver esses problemas. Mas alguns retenes flexíveis que foram relatados até agora operam em baixas frequências e não podem capturar e converter sinais gigahertz, o que ocorre com a maioria dos sinais de telefones celulares e wi-fi.
Para criar seu retificador, os pesquisadores usaram um novo material bidimensional, dissulfeto de molibdênio (MoS2), que, com uma espessura de 3 átomos, é um dos dispositivos semicondutores mais finos do mundo. A equipe utilizou o comportamento incomum do MoS2: quando exposto a certos produtos químicos, os átomos do material se reorganizam de tal forma que atua como uma chave, causando uma transição de fase de um semicondutor para um material metálico. Essa estrutura é conhecida como diodo Schottky.
“Ao criar MoS2 em uma transição de fase semicondutor-metal 2D, construímos um diodo Schottky fino e ultrarrápido que minimiza simultaneamente a resistência em série e a capacitância parasita”, diz o autor do projeto Xu Zhang.
A capacitância parasitária é inevitável na eletrônica. Alguns materiais geram uma pequena carga elétrica que retarda o circuito. Consequentemente, capacitância mais baixa significa velocidades mais altas do retificador e frequências de operação mais altas. A capacitância parasita de um diodo Schottky é uma ordem de magnitude menor do que os retificadores flexíveis modernos, então ele converte o sinal muito mais rápido e permite capturar e converter até 10 GHz.
“Este design tem um dispositivo totalmente flexível que é rápido o suficiente para cobrir a maioria das bandas de radiofrequência usadas pela eletrônica do dia a dia, incluindo Wi-Fi, Bluetooth, LTE celular e muito mais”, diz Zhang.
Eficácia da retina flexível
No trabalho descrito, desenhos de outros dispositivos flexíveis de alto desempenho são propostos. A eficiência máxima de saída do dispositivo atual é em média 40% e depende da potência do Wi-Fi. O retificador MoS2 tem uma eficiência típica de 30%. Para referência, a eficiência de retennas feitas de silício ou arseneto de gálio mais duro e mais caro chega a 50-60%.
A equipe de desenvolvimento agora está planejando construir sistemas mais complexos e melhorar a eficiência da tecnologia.
Autor: Sergey Prots
