Энергия из воздуха – новый способ применения электромагнитных волн
Мы живем в мире, полном невидимой энергии. Бессчётные радиовещательные и телевизионные станции, совокупности сотовой и спутниковой связи – все они являются источниками электромагнитного излучения, энергии, применять которую до недавнего времени никто не умел. Но сравнительно не так давно ученые Технологического Университета штата Джорджия нашли метод, разрешающий «собирать» из воздуха электромагнитное излучение и применять его для питания небольших электронных устройств — беспроводных сенсоров, миниатюрных передатчиков и микропроцессоров.
Презентация устройства состоялась 6 июля на симпозиуме IEEE («Antennas and Propagation Symposium») в городе Спокан, штат Вашингтон. Спонсорами пятилетнего изучения выступали Национальный научный фонд, Федеральное управление дорог (США) и японская Организация по разработке новой энергетической и промышленной разработке (НЕДО).
Ведущий исследователь, вычислительной Факультета техники и профессор электротехники Технологического Университета штата Джорджия Манос Тентзериз (Manos Tentzeris) объявил, что «сверхширокополосная антенна разрешила применять сигналы, относящиеся к различным частотным диапазонам», соответственно – приобретать на выходе больше энергии, чем это когда-либо было вероятно.
Источники электромагнитного излучения – к примеру, устройства связи – приспособлены для энергопередачи в разнообразных частотных диапазонах. Исследователи обучились применять чтобы получить электроэнергию электромагнитные излучения в достаточно широком диапазоне частот, от 100 МГц до 15 ГГц и выше (от радиоволн FM-диапазона до применяемых в работе радаров). Новое устройство разрешает «собирать» эту энергию из воздуха, преобразуя переменный ток в постоянный, и передавая для хранения на конденсатор или батарею.
эффективность и Изготовление
Устройства, разрешающие улавливать, «собирать» и хранить электромагнитную энергию, создаются нанесением на бумажную либо гибко-полимерную подложку электрических микросхем и компонентов. На выходе приобретаем недорогие энергетически независимые беспроводные сенсоры, каковые возможно применять где угодно.
Для аналогичного чуда употребляется простой струйный принтер, а основной секрет изготовителей содержится в «неповторимом рецепте собственного производства», регламентирующем добавление в эмульсию серебряных и/или других наночастиц. Выбранный способ разрешает команде ученых «печатать» не только схемы и радиочастотные компоненты, но и новейшие датчики на базе наноматериалов (углеродных нанотрубок).
Новое изобретение доказало собственную эффективность уже в нескольких опытах. В частности, исследователям удалось извлечь из полосы частот телевизионных каналов несколько сотен микроватт энергии.
Ученые уверены, что многополосные совокупности разрешат создавать более одного милливатта энергии, что вполне достаточно для питания небольших электронных устройств наподобие микропроцессоров и сенсоров. А дополнив разработку конденсаторами громадной мощности и введением циклического режима работы, команда Технологического Университета штата Джорджия рассчитывает запитать кроме того те устройства, для работы которых требуется более 50 милливатт энергии. В таком варианте энергия накапливается в конденсаторе и употребляется по достижении нужного уровня мощности.
Преимущества изобретения
В одном из опытов ученые удачно запитали температурные датчики от электромагнитного излучения телевизионной станции, пребывавшей за полкилометра от места проведения опыта. Скоро они собираются продемонстрировать работу микропроцессорного управляющего устройства, приводимого в воздействие одним лишь нахождением в воздухе.
Манос Тентзериз пояснил, что применение широкого частотного диапазона электромагнитного излучения разрешает устройству меньше зависеть от событий. Так, в случае если один из частотных диапазонов на время исчезает, совокупность так же, как и прежде сможет применять остальные частоты.
Кроме этого устройство сможет употребляться совместно с другими разработками производства энергии. К примеру, собранная энергия имела возможность бы содействовать зарядке батарей от солнечных элементов в течении дня, а ночью, в то время, когда солнечные панели не трудятся, она же имела возможность бы продолжать накопление заряда батареи, либо, по крайней мере, предотвращать ее разрядку. Нелишним было бы и поддержание резервного заряда – при полного отказа солнечного коллектора либо его аккумулятора собранная «из воздуха» энергия разрешила бы совокупности передать сигнал о нарушении, быть может, кроме того поддерживая критически неотъемлемую часть функций.
Сферы применения
Исследователи уверены, что энергетически независимые беспроводные сенсоры на бумажной базе весьма не так долго осталось ждать станут дешёвы по низкой цене. Потенциальные сферы применения, на их взор, включают:
- Совокупности безопасности аэропортов (обнаружение взрывчатых веществ, радиоактивных материалов, проч.);
- Энергосбережение (в доме – влажности показателей и отслеживание температуры, экономия электричества за счет систем обогрева и кондиционирования; отдельный плюс – биоразлагаемость сенсоров на бумажной базе);
- Строительство (мониторинг прочности конструкции строений, мостов, летательных аппаратов, отслеживание нагрузки, которой они подвергаются и передача сигнала о нестандартных условиях функционирования);
- Хранение продовольства (мониторинг качества пищевых продуктов по наличию веществ, свидетельствующих об их порче);
- Медицина (устройства для независимого биомониторинга состояния больного).
Источник: gtresearchnews.gatech.edu
