Con el auge de la era digital, la cantidad de fuentes WiFi para transmitir información de forma inalámbrica entre dispositivos ha crecido exponencialmente. Esto da como resultado el uso generalizado de la frecuencia de radio de 2,4 GHz que utiliza WiFi, con un exceso de señales disponibles para ser aprovechado como alternativausos.
Para aprovechar esta fuente de energía infrautilizada, un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur NUS y la Universidad de Tohoku de Japón TU ha desarrollado una tecnología que utiliza pequeños dispositivos inteligentes conocidos como osciladores de par de giro STO pararecolectar y convertir frecuencias de radio inalámbricas en energía para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. En su estudio, los investigadores habían cosechado energía con éxito utilizando señales de banda WiFi para alimentar un diodo emisor de luz LED de forma inalámbrica y sin usar ninguna batería.
"Estamos rodeados de señales WiFi, pero cuando no las usamos para acceder a Internet, están inactivas y esto es un gran desperdicio. Nuestro último resultado es un paso hacia la conversión de ondas de radio de 2,4 GHz fácilmente disponibles en unafuente de energía ecológica, lo que reduce la necesidad de baterías para alimentar los dispositivos electrónicos que usamos con regularidad. De esta manera, los pequeños dispositivos eléctricos y sensores se pueden alimentar de forma inalámbrica mediante el uso de ondas de radiofrecuencia como parte de la Internet de las cosas. Con el advenimiento de los dispositivos inteligenteshogares y ciudades, nuestro trabajo podría dar lugar a aplicaciones energéticamente eficientes en comunicaciones, computación y sistemas neuromórficos ", dijo el profesor Yang Hyunsoo del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de NUS, quien encabezó el proyecto.
La investigación se llevó a cabo en colaboración con el equipo de investigación del profesor Guo Yong Xin, que también es del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de NUS, así como el profesor Shunsuke Fukami y su equipo de TU. Los resultados se publicaron en Comunicaciones de la naturaleza el 18 de mayo de 2021.
Conversión de señales WiFi en energía utilizable
Los osciladores de par de giro son una clase de dispositivos emergentes que generan microondas y tienen aplicaciones en sistemas de comunicación inalámbrica. Sin embargo, la aplicación de STO se ve obstaculizada debido a una potencia de salida baja y un ancho de línea amplio.
Si bien la sincronización mutua de múltiples STO es una forma de superar este problema, los esquemas actuales, como el acoplamiento magnético de corto alcance entre múltiples STO, tienen restricciones espaciales. Por otro lado, la sincronización eléctrica de largo alcance usando osciladores de vórtice está limitada enrespuestas de frecuencia de solo unos pocos cientos de MHz. También requiere fuentes de corriente dedicadas para las STO individuales, lo que puede complicar la implementación general en el chip.
Para superar las limitaciones espaciales y de baja frecuencia, el equipo de investigación ideó una matriz en la que se conectan ocho STO en serie. Con esta matriz, las ondas de radio electromagnéticas de 2,4 GHz que utiliza WiFi se convirtieron en una señal de voltaje directo, queluego se transmitió a un capacitor para encender un LED de 1.6 voltios. Cuando el capacitor se cargó durante cinco segundos, pudo encender el mismo LED durante un minuto después de que se apagó la energía inalámbrica.
En su estudio, los investigadores también destacaron la importancia de la topología eléctrica para diseñar sistemas STO en chip y compararon el diseño en serie con el paralelo. Descubrieron que la configuración en paralelo es más útil para la transmisión inalámbrica debido a un mejor tiempo.estabilidad del dominio, comportamiento del ruido espectral y control sobre el desajuste de impedancia. Por otro lado, las conexiones en serie tienen una ventaja para la recolección de energía debido al efecto aditivo del voltaje de diodo de los STO.
Al comentar sobre la importancia de sus resultados, el Dr. Raghav Sharma, el primer autor del artículo, compartió: "Además de crear una matriz STO para transmisión inalámbrica y recolección de energía, nuestro trabajo también demostró control sobre el estado de sincronización de acopladosSTO que utilizan bloqueo de inyección desde una fuente de radiofrecuencia externa. Estos resultados son importantes para las posibles aplicaciones de STO sincronizados, como la computación neuromórfica de alta velocidad ".
Próximos pasos
Para mejorar la capacidad de recolección de energía de su tecnología, los investigadores buscan aumentar la cantidad de STO en la matriz que habían diseñado. Además, planean probar sus recolectores de energía para cargar de forma inalámbrica otros dispositivos electrónicos y sensores útiles.
El equipo de investigación también espera trabajar con socios de la industria para explorar el desarrollo de STO en chip para sistemas inteligentes autosostenidos, que pueden abrir posibilidades para la carga inalámbrica y los sistemas de detección de señal inalámbrica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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