Wissenschaftler erstellen ein superdünnes Blatt, das unsere Telefone aufladen könnte, indem sie Wifi aus der Luft ernten

Alle Nachrichten
Home Alle Nachrichten Wissenschaftler aus der Wissenschaft erstellen ein superdünnes Blatt, das unsere Telefone durch Ernte von WLAN aufladen könnte ...
  • Alle Nachrichten
  • Wissenschaft

Wissenschaftler erstellen ein superdünnes Blatt, das unsere Telefone aufladen könnte, indem sie Wifi aus der Luft ernten

Von Good News Network - 29. Januar 2019
Christine Daniloff / MIT News

Umwandlung von Wi-Fi-Signalen in Elektrizität mit neuen 2-D-Materialien
Geräte aus flexiblen, kostengünstigen Materialien können großflächige Elektronik, Wearables, medizinische Geräte und mehr mit Strom versorgen.
Geschrieben von Rob Matheson
MIT News

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Smartphones, Laptops, Wearables und andere elektronische Geräte ohne Batterien betrieben werden. Forscher vom MIT und anderen Ländern haben einen Schritt in diese Richtung getan: Das erste vollflexible Gerät kann Energie aus WiFi-Signalen in Elektrizität umwandeln, die unsere Elektronik mit Strom versorgen könnte.

Geräte, die elektromagnetische Wechselstromwellen in Gleichstrom umwandeln, werden als 'Rectennas' bezeichnet. In einer neu veröffentlichten Studie, die in erscheint Natur,Die Forscher demonstrieren eine neue Art von Rectenna, die eine flexible Hochfrequenzantenne (RF) verwendet, die elektromagnetische Wellen - einschließlich solcher mit WiFi - als Wechselstromwellenformen erfasst.

Die Antenne wird dann mit einer neuartigen Vorrichtung verbunden, die aus einem zweidimensionalen Halbleiter mit nur wenigen Atomen Dicke besteht. Das Wechselstromsignal wandert in den Halbleiter, der es in eine Gleichspannung umwandelt, die zum Versorgen elektronischer Schaltkreise oder zum Aufladen von Batterien verwendet werden kann.

zuerst uns Nationalpark

VERBUNDEN: Chirurgen implantieren erfolgreich die weltweit erste 3D-gedruckte Rippe - und planen, in Zukunft noch mehr zu tun

Auf diese Weise erfasst und wandelt das batterielose Gerät passiv allgegenwärtige WiFi-Signale in nützliche Gleichstromversorgung um. Darüber hinaus ist die Vorrichtung flexibel und kann in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden, um sehr große Flächen abzudecken.

„Was wäre, wenn wir elektronische Systeme entwickeln könnten, die wir um eine Brücke wickeln oder eine ganze Autobahn oder die Wände unseres Büros abdecken und elektronische Intelligenz in alles um uns herum bringen? Wie versorgen Sie diese Elektronik mit Energie? ' sagt der Co-Autor des Papiers, Tomás Palacios, Professor am Institut für Elektrotechnik und Informatik am MIT.

'Wir haben einen neuen Weg gefunden, um die Elektroniksysteme der Zukunft mit Strom zu versorgen - indem wir WiFi-Energie auf eine Weise gewinnen, die sich in großen Bereichen leicht integrieren lässt -, um jedem Objekt um uns herum Intelligenz zu verleihen.'

In Experimenten kann das Gerät der Forscher etwa 40 Mikrowatt Leistung erzeugen, wenn es den typischen Leistungspegeln von WiFi-Signalen (etwa 150 Mikrowatt) ausgesetzt wird. Das ist mehr als genug Leistung, um eine LED zu beleuchten oder Siliziumchips anzusteuern.

AUSSEHEN: Smart Caption Glasses Ermöglichen es gehörlosen Zuschauern, Live-Theaterdarsteller direkt zu sehen

Vielversprechende frühe Anwendungen für die vorgeschlagene Rectenna umfassen die Stromversorgung flexibler und tragbarer Elektronik, medizinischer Geräte und Sensoren für das 'Internet der Dinge'. Flexible Smartphones zum Beispiel sind ein heißer neuer Markt für große Technologieunternehmen.

Mülleimer für den Ozean

Eine weitere mögliche Anwendung ist die Datenkommunikation implantierbarer medizinischer Geräte, sagt Co-Autor Jesús Grajal, Forscher an der Technischen Universität Madrid. Zum Beispiel beginnen Forscher, Pillen zu entwickeln, die von Patienten verschluckt werden können, und Gesundheitsdaten zur Diagnose an einen Computer zurückzusenden.

'Idealerweise möchten Sie keine Batterien verwenden, um diese Systeme mit Strom zu versorgen, denn wenn Lithium austritt, kann der Patient sterben', sagt Grajal. 'Es ist viel besser, Energie aus der Umgebung zu gewinnen, um diese kleinen Labore im Körper mit Strom zu versorgen und Daten an externe Computer zu übertragen.'

MEHR: Unterwasserroboter hat gerade 100.000 hitzebeständige Babykorallen an das Great Barrier Reef geliefert

Alle Gleichrichter basieren auf einer Komponente, die als 'Gleichrichter' bezeichnet wird und das Wechselstromeingangssignal in Gleichstrom umwandelt. Herkömmliche Rectennas verwenden entweder Silizium oder Galliumarsenid als Gleichrichter. Diese Materialien können das WiFi-Band abdecken, sind jedoch starr. Und obwohl die Verwendung dieser Materialien zur Herstellung kleiner Geräte relativ kostengünstig ist, wäre ihre Verwendung zur Abdeckung großer Bereiche, wie z. B. der Oberflächen von Gebäuden und Wänden, unerschwinglich. Forscher haben lange versucht, diese Probleme zu beheben. Die wenigen bisher gemeldeten flexiblen Rectennas arbeiten jedoch mit niedrigen Frequenzen und können keine Signale in Gigahertz-Frequenzen erfassen und konvertieren, wo sich die meisten relevanten Handy- und WiFi-Signale befinden.

Für den Bau ihres Gleichrichters verwendeten die Forscher ein neuartiges 2D-Material namens Molybdändisulfid (MoS2), das mit drei Atomen einer der dünnsten Halbleiter der Welt ist. Dabei nutzte das Team ein einzigartiges Verhalten von MoS2: Wenn es bestimmten Chemikalien ausgesetzt wird, ordnen sich die Atome des Materials wie ein Schalter um und erzwingen einen Phasenübergang von einem Halbleiter zu einem metallischen Material. Die resultierende Struktur ist als Schottky-Diode bekannt, die die Verbindung eines Halbleiters mit einem Metall darstellt.

'Durch die Entwicklung von MoS2 zu einem 2-D-Halbleiter-Metall-Phasenübergang haben wir eine atomar dünne, ultraschnelle Schottky-Diode gebaut, die gleichzeitig den Serienwiderstand und die parasitäre Kapazität minimiert', sagt der Erstautor und EECS-Postdoc Xu Zhang.

AUSSEHEN: 'Es ist nicht ganz der Ant-Man-Anzug', aber Forscher entdecken, wie Objekte auf das 1000ste ihrer ursprünglichen Größe verkleinert werden können

schöne obdachlose Frau

Parasitäre Kapazität ist eine unvermeidbare Situation in der Elektronik, in der bestimmte Materialien eine geringe elektrische Ladung speichern, was den Stromkreis verlangsamt. Eine geringere Kapazität bedeutet daher höhere Gleichrichtergeschwindigkeiten und höhere Betriebsfrequenzen. Die parasitäre Kapazität der Schottky-Diode der Forscher ist um eine Größenordnung kleiner als die der heutigen flexiblen Gleichrichter nach dem Stand der Technik. Sie ist daher bei der Signalumwandlung viel schneller und ermöglicht die Erfassung und Umwandlung von bis zu 10 Gigahertz drahtloser Signale.

'Ein solches Design hat ein vollständig flexibles Gerät ermöglicht, das schnell genug ist, um die meisten Hochfrequenzbänder abzudecken, die von unserer täglichen Elektronik verwendet werden, einschließlich WiFi, Bluetooth, zellularem LTE und vielen anderen', sagt Zhang.

Die gemeldeten Arbeiten liefern Entwürfe für andere flexible WiFi-to-Electric-Geräte mit erheblicher Leistung und Effizienz. Die maximale Ausgangseffizienz für das aktuelle Gerät liegt bei 40%, abhängig von der Eingangsleistung des WiFi. Bei der typischen WiFi-Leistung beträgt die Energieeffizienz des MoS2-Gleichrichters etwa 30%. Als Referenz erreichen die heutigen Rektennen aus starrem, teurerem Silizium oder Galliumarsenid etwa 50 bis 60%.

Das Team plant nun, komplexere Systeme zu bauen und die Effizienz zu verbessern.

Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von MIT News

Schalten Sie mit Positivität ein, indem Sie die guten Nachrichten an soziale Medien weitergeben

Kinderbad Zeichen
Coffee Cup

Willst du einen Morgenstoß guter Nachrichten?


  • STICHWORTE
  • Internet
  • Energie
  • Technologie
  • Elektrizität
  • Handys
Netzwerk für gute Nachrichten

Vorgestelltes Produkt

16. Dezember 2018 Gründer-Blog

Wählen Sie Ihre Nachrichten

Wählen Sie Ihre Nachrichten Wählen Sie Kategorie Gute Gespräche Gutes Leben Gutes Geschäft Gutes Geschäft GNN Podcast Alle Nachrichten USA Welt Inspirierende Tiere Lachen Gute Erdenhelden Kinder Selbsthilfe Gründer Blog Wissenschaft Gesundheit Kunst & Freizeit Prominente Sport Religion Bewertungen Zu Hause Business Top Videos Español Gute Bissen An diesem Tag In der Geschichte Zitat des Tages 13. März 2018 Gründer-Blog