با اختراع جدید سیگنال‌های وای‌فای و بلوتوث در محیط به برق تبدیل می‌شوند
پژوهشگران به روش جدیدی دست یافته‌اند که کمک می‌کند سیگنال‌های رادیویی هدر رفته مانند وای‌فای با استفاده از نوع جدیدی از آنتن بر اساس رفتار الکترون‌ها در سطح کوانتومی، به برق تبدیل شوند.
دستگاه‌های کوچک مانند حسگرهای نوری یا قطعات شبکه، به زودی می‌توانند از سیگنال‌های پس‌زمینه‌ای وای‌فای و بلوتوث انرژی دریافت کنند و این کار با استفاده از یک ابزار پیشرفته که می‌تواند حتی ضعیف‌ترین امواج الکترومغناطیسی را هم به برق تبدیل کند، ممکن می‌شود.
پژوهشگران یک «آنتن یکسوساز» (Rectenna) یا آنتن تصحیح‌کننده‌ی بسیار حساس ایجاد کرده‌اند که با بهره‌برداری از ویژگی‌های فیزیک کوانتومی، انرژی الکترومغناطیسی را به طور کارآمد به برق مستقیم (DC) تبدیل می‌کند. دانشمندان در روند آزمایش، از این روش نوآورانه برای ذخیره‌ی الکترون‌ها و تأنی انرژی یک دماسنج تجاری استفاده کردند.
در مطالعه‌ای که نتایج آن ۲۴ جولای در نشریه‌ی «نیچر الکترونیکس» (Nature Electronics) منتشر شد، دانشمندان پیشنهاد کردند که این فناوری حتی می‌تواند برای تأمین انرژی دستگاه‌ها و حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) با استفاده از درصد کمی از سیگنال‌های رادیویی فرکانس بالا (RF) که برای ارتباط با یکدیگر استفاده می‌کنند، مقیاس‌پذیر شود.
آنتن‌های یکسوساز امواج الکترومغناطیسی را مانند سیگنال‌های رادیویی فرکانس بالا (RF) مانند وای‌فای و بلوتوث یا طول موج‌های مختلف نور دریافت کرده و آن‌ها را به عنوان برق جریان متناوب (AC) جذب می‌کنند. سپس دستگاه این جریان را از طریق مدار تصحیح‌کننده‌ی خود به برق مستقیم (DC) تبدیل می‌کند.
مدت‌هاست که می‌دانیم رکتناها می‌توانند برای تولید سطح پایینی از برق استفاده شوند. حتی پژوهشگران از دهه‌ی ۱۹۶۰ میلادی با استفاده از این فناوری، وسایل نقلیه‌ی مدل و آزمایش‌های مشابه را به صورت بی‌سیم تغذیه کرده‌اند. برای نمونه در سال ۱۹۶۴، شرکت اسلحه‌سازی ریتیان در یک پخش تلویزیونی، یک هلیکوپتر کنترل از راه دور را با استفاده از امواج مایکروویو تغذیه کرد. اما در این موارد، نیرو به صورت مستقیم به شکل انرژی مایکروویو به دستگاه ارسال می‌شد. سیگنال‌های رادیویی اما بسیار ضعیف‌تر هستند و به طور مستقیم به سمت دستگاه‌ها هدایت نمی‌شوند.
در مقاله‌ی اخیر پژوهشگران اعلام کردند که سیگنال‌های RF محیطی ممکن است به خوبی کمتر از ۲۰- دسی‌بل میلی‌وات (واحد اندازه‌گیری قدرت سیگنال) باشند. برای درک بهتر، در نظر داشته باشید که تلفن‌های هوشمند به طور متوسط سیگنال‌ها را با قدرت ۲۷ دسی‌بل میلی‌وات ارسال می‌کنند در حالی که یک اجاق مایکروویو با قدرت ۶۰ دسی‌بل میلی‌وات کار می‌کند.
برای استفاده از سیگنال‌های محیطی بسیار ضعیف که توسط شبکه‌های وای‌فای و بلوتوث تولید می‌شوند، پژوهشگران به حوزه‌ای نسبتا ناشناخته از تحقیقات کوانتومی روی آوردند. این حوزه که به «اسپینترونیک» (Spintronics) معروف است، چرخش کوانتومی الکترون‌ها و چگونگی ارتباط آن با میدان‌های مغناطیسی را بررسی می‌کند. پژوهشگران برای مطالعه‌ی خود به ویژگی‌های اتصالات تونل مغناطیسی (MTJs)، یک لایه‌ی بسیار نازک از ماده عایق میان دو لایه‌ی مغناطیسی، تکیه کردند. MTJها بیشتر در درایوهای دیسک سخت استفاده می‌شوند و در انواع دیگر حافظه‌های رایانه‌ای هم به کار رفته‌اند.
بدین ترتیب سیگنال‌های RF توانستند تغییراتی را در MTJها ایجاد کنند، که در آن جریان سیگنال بر چرخش الکترون‌ها در داخل ساختار تأثیر می‌گذارد و در نتیجه می‌تواند برای تولید برق استفاده شود. سپس تیم پژوهشی یک سری «یکسوکننده‌های اسپین» (SRs) در مقیاس نانو ایجاد کرد که با تشکیل از MTJها ابعاد کلی ۴۰ در ۱۰۰ نانومتر مربع و ۸۰ در ۲۰۰ نانومتر مربع داشتند و به فرکانس‌های سیگنال‌های الکترومغناطیسی محیطی معمولی مانند وای‌فای (فرکانس‌های ۲.۴ گیگاهرتز)، 4G (2.3 تا ۲.۶ گیگاهرتز) و 5G (3.5 گیگاهرتز) حساس بودند.
پس از نشان دادن اثربخشی این روش به تنهایی، پژوهشگران با ایجاد یک آرایه‌ی SR، برق یک دماسنج تجاری را تنها با استفاده از ۲۷- دسی‌بل میلی‌وات سیگنال RF محیطی تأمین و آن را روشن کردند. این تیم امیدوار است که در آینده این روش بتواند هزینه‌ی کربن راه‌اندازی شبکه‌های بی‌سیم را با کاهش وابستگی به باتری و مصرف انرژی در حسگرها و دیگر دستگاه‌های کوچک کاهش دهد.
منبع: Live Science
