CONVIRTIENDO LAS SEÑALES WI-FI EN ELECTRICIDAD

Fuente: MIT

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, en EE UU) y la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han fabricado una antena flexible que captura ondas electromagnéticas del entorno, como las del sistema Wi-Fi. Luego, mediante nuevos materiales 2D, las transforman en electricidad. El desarrollo de esta tecnología permitirá alimentar multitud de aparatos electrónicos a gran escala y sin baterías.

Imagina un mundo donde los teléfonos móviles, los computadores portátiles, los relojes inteligentes y otros aparatos electrónicos funcionasen sin baterías. Las baterías no sólo afectan el ambiente sino también la salud humana.

El avance se basa en el uso de rectenas (del inglés, rectifying antenna, antena rectificadora), unos sistemas que convierten las ondas electromagnéticas de corriente alterna (CA), como las Wi-Fi, en continua (CC).

FUNCIONAMIENTO

En este caso los autores, que publican su trabajo en la revista Nature, usan una antena de radiofrecuencia (RF) flexible para capturar las ondas Wi-Fi. Después, su señal de corriente alterna se envía a un finísimo semiconductor de disulfuro de molibdeno (MoS2), uno de los más delgados del mundo con tan solo tres átomos de espesor, que la convierte en corriente continua para que pueda alimentar los circuitos electrónicos. 

De esta manera, dispositivos sin batería podrían capturar y transformar de forma pasiva las señales Wi-Fi, que cada vez inundan más lugares de nuestro entorno, en una fuente útil de alimentación. Además, presentan las ventajas de ser flexibles y poderse fabricar en rollos para cubrir áreas muy grandes.

"¿Qué pasaría si pudiéramos desarrollar sistemas electrónicos capaces de cubrir un puente, una carretera o las paredes de nuestra oficina, llevando la inteligencia electrónica a todo lo que nos rodea? ¿Cómo proporcionaríamos energía a estos aparatos electrónicos?", comenta Tomás Palacios, coautor y profesor en el departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT.

APLICACIONES

Entre las primeras aplicaciones de la nueva rectena figura el suministro de energía a dispositivos electrónicos flexibles, aparatos portátiles y sensores para el llamado internet de las cosas (IoT). Los smartphones o teléfonos inteligentes flexibles, por ejemplo, son un nuevo mercado para las principales empresas tecnológicas.

En los experimentos realizados por el equipo, se ha comprobado que su dispositivo puede producir alrededor de 40 microvatios de potencia cuando se expone a los niveles típicos de las señales Wi-Fi (alrededor de 150 microvatios). Eso es más que suficiente para iluminar la pantalla de un teléfono móvil o un chip de silicio.

Otra posible aplicación es generar energía para la transmisión de datos en dispositivos médicos implantables, apunta Jesús Grajal, también coautor y profesor de la UPM. De hecho, los investigadores están desarrollando píldoras que pueden ser ingeridas por los pacientes y con la capacidad de transmitir datos sobre su salud para que se pueden registrar en un computador y realizar diagnósticos.

"Lo ideal es no usar baterías para alimentar estos sistemas porque si pierden litio, el paciente podría morir", subraya Grajal. "Es mucho mejor recoger energía del ambiente para encender estos pequeños laboratorios dentro del cuerpo y comunicar los datos a computadores externos". El ingeniero señala que al utilizar las señales electromagnéticas presentes en el ambiente, la energía es ubicua y gratuita.

ANTECEDENTES

Todas las rectenas se basan en un componente conocido como rectificador, el que realmente convierte la corriente alterna en continua. Para fabricarlo se suele usar silicio o arseniuro de galio, unos materiales que cubren la banda del Wi-Fi, pero con el inconveniente de su rigidez. Además, aunque no son caros cuando se destinan a pequeños dispositivos, si se usaran para cubrir grandes áreas, como las superficies de edificios y paredes, tendrían un costo prohibitivo.

Los científicos llevan tratando de solucionar estos problemas desde hace mucho tiempo. Las pocas rectenas flexibles presentadas hasta ahora operaban a bajas frecuencias y no podían capturar y convertir señales en frecuencias de gigahercios, donde se encuentran la mayoría de las señales de teléfonos celulares y Wi-Fi.

"Este diseño ha permitido un dispositivo completamente flexible y que es lo suficientemente rápido como para cubrir la mayoría de las bandas de radiofrecuencia utilizadas por nuestros dispositivos electrónicos cotidianos, incluyendo Wi-Fi, Bluetooth, los llamados móviles LTE (long-term-evolution, una tecnología de banda ancha inalámbrica) y muchos otros", dice el MIT.

Los autores también destacan que este trabajo ofrece la base para desarrollar otros aparatos flexibles capaces de transformar la Wi-Fi en electricidad con un rendimiento y eficiencia considerables. Actualmente la eficiencia máxima de salida que alcanza este dispositivo es del 40 %, dependiendo de la potencia de entrada de la Wi-Fi, aunque con el nivel típico de potencia de la señal inalámbrica, la eficiencia energética de este rectificador de MoS2 es de alrededor del 30 %. A modo de referencia, las mejores rectenas de silicio y arseniuro de galio de hoy en día alcanzan del 50 al 60 % de eficiencia, pero son rígidas y más caras. El equipo ahora planea construir sistemas más complejos y mejorar la eficiencia de su propuesta.

Fuentes:

El Espectador https://goo.gl/77v4ki

MIT News https://goo.gl/Bbvs6v