Estamos constantemente rodeados de ondas electromagnéticas como señales de Wi-Fi y Bluetooth. ¿Qué pasaría si pudiéramos convertir el exceso no utilizado en energía utilizable? Investigadores de la Universidad de Tohoku, la Universidad Nacional de Singapur y la Universidad de Messina han desarrollado una tecnología novedosa para convertir de manera eficiente señales de radiofrecuencia (RF) ambientales de baja potencia en energía de corriente continua (CC). Esta tecnología de ‘rectificador’ se puede integrar fácilmente en módulos de recolección de energía para alimentar dispositivos y sensores electrónicos, lo que permite un funcionamiento sin baterías.
Se publican los resultados Electrónica de la naturaleza El 24 de julio de 2024.
La desventaja de este método es que la fuente de señal normalmente tiene que estar cerca del dispositivo electrónico en cuestión. Las tecnologías existentes, como los diodos Schottky, enfrentan desafíos en términos de baja eficiencia de conversión de RF a CC para señales de RF ambientales ambiguas (normalmente menos de -20 dBm).
Para abordar estos desafíos, el equipo de investigación desarrolló una tecnología de rectificador compacta y sensible que puede convertir señales de RF inalámbricas ambientales en voltajes de CC tan bajos como -20 dBm utilizando un rectificador de espín (SR) a nanoescala. SR tiene una unión de túnel magnético a nanoescala hecha de CoFeB/MgO, que se utiliza en una tecnología de memoria no volátil.
El equipo optimizó los dispositivos SR prestando especial atención a la anisotropía magnética del material, la geometría del dispositivo y las propiedades de barrera de túneles. Luego, se probó el rendimiento de la conversión de RF a CC para dos configuraciones: 1) una única rectina basada en SR que opera entre -62 dBm y -20 dBm, y 2) una matriz de 10 SR en serie. Al integrar el conjunto SR en un módulo de recolección de energía, operaron con éxito un sensor de temperatura comercial a -27 dBm.
Recolectar fuentes de energía ambiental y luego convertirlas en energía utilizable se llama “cosecha”. Los dispositivos más pequeños pueden recolectar energía, lo que puede reducir la dependencia de la batería, extender la vida útil del dispositivo y minimizar el impacto ambiental. En lugar de viajar físicamente a dispositivos en áreas remotas para reemplazar constantemente las baterías, el dispositivo puede recibir alimentación remota de fuentes de energía ambientales, como las señales inalámbricas de RF cotidianas.
Los investigadores ahora están explorando la integración de una antena en un chip para mejorar la eficiencia y la compacidad. El equipo también está desarrollando conexiones en serie-paralelo para asegurar la impedancia en grandes conjuntos de SR, utilizando interconexiones en chip para conectar SR individuales. Este enfoque tiene como objetivo mejorar la forma en que se recolecta la energía de RF. El estudio de esta tecnología puede conducir a una opción de energía alternativa verde y autosostenible que puede resolver muchos problemas en el futuro.