با اختراع نو سیگنال های وای فای و بلوتوث در محیط به برق تبدیل می شوند - وبلاگ مهدی آبادانی

به گزارش وبلاگ مهدی آبادانی، پژوهشگران به روش جدیدی دست یافته اند که یاری می نماید سیگنال های رادیویی هدر رفته مانند وای فای با استفاده از نوع جدیدی از آنتن بر اساس رفتار الکترون ها در سطح کوانتومی، به برق تبدیل شوند.

دستگاه های کوچک مانند حسگرهای نوری یا قطعات شبکه، به زودی می توانند از سیگنال های پس زمینه ای وای فای و بلوتوث انرژی دریافت نمایند و این کار با استفاده از یک ابزار پیشرفته که می تواند حتی ضعیف ترین امواج الکترومغناطیسی را هم به برق تبدیل کند، ممکن می گردد.

پژوهشگران یک آنتن یکسوساز (Rectenna) یا آنتن تصحیح نماینده بسیار حساس ایجاد نموده اند که با بهره برداری از ویژگی های فیزیک کوانتومی، انرژی الکترومغناطیسی را به طور کارآمد به برق مستقیم (DC) تبدیل می نماید. دانشمندان در روند آزمایش، از این روش نوآورانه برای ذخیره الکترون ها و تأنی انرژی یک دماسنج تجاری استفاده کردند.

در مطالعه ای که نتایج آن 24 جولای در نشریه نیچر الکترونیکس (Nature Electronics) منتشر شد، دانشمندان پیشنهاد کردند که این فناوری حتی می تواند برای تأمین انرژی دستگاه ها و حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) با استفاده از درصد کمی از سیگنال های رادیویی فرکانس بالا (RF) که برای ارتباط با یکدیگر استفاده می نمایند، مقیاس پذیر گردد.

آنتن های یکسوساز امواج الکترومغناطیسی را مانند سیگنال های رادیویی فرکانس بالا (RF) مانند وای فای و بلوتوث یا طول موج های مختلف نور دریافت نموده و آن ها را به عنوان برق جریان متناوب (AC) جذب می نمایند. سپس دستگاه این جریان را به وسیله مدار تصحیح نماینده خود به برق مستقیم (DC) تبدیل می نماید.

مدت هاست که می دانیم رکتناها می توانند برای فراوری سطح پایینی از برق استفاده شوند. حتی پژوهشگران از دهه 1960 میلادی با استفاده از این فناوری، وسایل نقلیه مدل و آزمایش های مشابه را به صورت بی سیم تغذیه نموده اند. برای نمونه در سال 1964، شرکت اسلحه سازی 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 می شد. سیگنال های رادیویی اما بسیار ضعیف تر هستند و به طور مستقیم به سمت دستگاه ها راهنمایی نمی شوند.

در مقاله اخیر پژوهشگران اعلام کردند که سیگنال های RF محیطی ممکن است به خوبی کمتر از 20- دسی بل میلی وات (واحد میزان گیری قدرت سیگنال) باشند. برای درک بهتر، در نظر داشته باشید که تلفن های هوشمند به طور میانه سیگنال ها را با قدرت 27 دسی بل میلی وات ارسال می نمایند در حالی که یک اجاق مایکروویو با قدرت 60 دسی بل میلی وات کار می نماید.

برای استفاده از سیگنال های محیطی بسیار ضعیف که به وسیله شبکه های وای فای و بلوتوث فراوری می شوند، پژوهشگران به حوزه ای نسبتا ناشناخته از تحقیقات کوانتومی روی آوردند. این حوزه که به اسپینترونیک (Spintronics) معروف است، چرخش کوانتومی الکترون ها و چگونگی ارتباط آن با میدان های مغناطیسی را آنالیز می نماید. پژوهشگران برای مطالعه خود به ویژگی های اتصالات تونل مغناطیسی (MTJs)، یک لایه بسیار نازک از ماده عایق میان دو لایه مغناطیسی، تکیه کردند. MTJها بیشتر در درایوهای دیسک سخت استفاده می شوند و در انواع دیگر حافظه های رایانه ای هم به کار رفته اند.

بدین ترتیب سیگنال های RF توانستند تغییراتی را در MTJها ایجاد نمایند، که در آن جریان سیگنال بر چرخش الکترون ها در داخل ساختار تأثیر می گذارد و در نتیجه می تواند برای فراوری برق استفاده گردد. سپس تیم پژوهشی یک سری یکسونماینده های اسپین (SRs) در مقیاس نانو ایجاد کرد که با تشکیل از MTJها ابعاد کلی 40 در 100 نانومتر مربع و 80 در 200 نانومتر مربع داشتند و به فرکانس های سیگنال های الکترومغناطیسی محیطی معمولی مانند وای فای (فرکانس های 2.4 گیگاهرتز)، 4G (2.3 تا 2.6 گیگاهرتز) و 5G (3.5 گیگاهرتز) حساس بودند.

پس از نشان دادن اثربخشی این روش به تنهایی، پژوهشگران با ایجاد یک آرایه SR، برق یک دماسنج تجاری را تنها با استفاده از 27- دسی بل میلی وات سیگنال RF محیطی تأمین و آن را روشن کردند. این تیم امیدوار است که در آینده این روش بتواند هزینه کربن راه اندازی شبکه های بی سیم را با کاهش وابستگی به باتری و مصرف انرژی در حسگرها و دیگر دستگاه های کوچک کاهش دهد.

منبع: Live Science