Технології
Технології

Світлодіод загорівся через частоту Wi-Fi

Радіохвилі на частоті 2,4 гігагерца, які використовує, наприклад, Wi-Fi, вдалося пристосувати для збору енергії, якою інженерам вдалося ввімкнути невеликий світлодіод. Щоб отримати від радіохвиль необхідну енергію, вчені використали осцилятор обертального моменту, який перетворив сигнал на напругу, що заряджала конденсатор. 1,6-вольтний світлодіод горів близько хвилини навіть після відключення живлення від конденсатора, який заряджався від Wi-Fi близько п’яти секунд. Детальніше про експеримент вчені розповіли у статті, опублікованій у Nature Communications.

Tyler Cooper

Tyler Cooper

Навіщо інженери звернулися до Wi-Fi?

Частота 2,4 гігагерца — умовно побутова частота, на якій працює і у тому числі сигнал Wi-Fi. Але якщо вони не виконують свого прямого призначення, то це звісно велика втрата — ми втрачаємо перспективне екологічно чисте джерело енергії, що знижує потребу в батареях для живлення тієї безлічі невеликої електроніки, яку ми регулярно використовуємо. Перетворення таких доступних радіохвиль на енергію могло б як частина інтернету речей живити нам невеликі електричні пристрої та датчики бездротовою мережею. З поширенням розумних будинків ця технологія може привести до появи енергоефективних програм у комунікаційних, обчислювальних і нейроморфних системах. У своєму дослідженні дослідники успішно зібрали енергію за допомогою сигналів діапазону Wi-Fi та змогли ввімкнути невеликий світлодіод (LED) без потреби у акумуляторі або батарейці.

Як від нього добитися світла?

Однією з найперспективніших сфер сучасної науки і техніки останнім часом стала спінтроніка. Якщо традиційні електронні пристрої використовують звичайний електричний струм — переміщення заряду, то спінтроніка звертається до квантової фізики та використовує спіни електронів. Струм виникає завдяки однаковому спрямуванню спінів електронів, які можна поляризувати, упорядковуючи стан спіна (вгору або вниз) в одному напрямку. Одним з представників таких спінтронних пристроїв є осцилятори спін-обертального моменту (spin-torque oscillators). Їх використовують для бездротової передачі та приймання інформації, нейроморфних обчислень або модуляції.

Як альтернатива традиційним електронним пристроями, їх можна розміщувати на основах нанорозмірних масштабів та суміщати з металооксидними напівпровідниками. Втім, широко поширитися їм заважає низька вихідна потужність. Але ці пристрої є добре сумісними між собою, тому за допомогою прикладеного магнітного поля є можливість об’єднати кілька таких осциляторів. Так ми збільшимо їхню ефективність. Але втратимо можливість синхронізації на великі відстані через обмеження частотних характеристик всього в кілька сотень мегагерців, що потребує окремих джерел струму для окремих осциляторів. Це ускладнює і реалізацію систем, і їхнє поширення.

Як загорівся світлодіод?

Тут дослідникам вдалося поєднати чотири однорідно намагнічених STO, розташованих як в паралельній, так і в послідовній конфігурації для додатків у гігагерцовому діапазоні. Так осцилятори синхронізуються у широко використовуваному частотному діапазоні Wi-Fi 2,4 гігагерца, електромагнітні радіохвилі з якого були перетворені в сигнал постійної напруги, який потім передавався на конденсатор, що своєю чергою підживив 1,6-вольтний світлодіод. Конденсатору вистачило п’яти секунд живлення, щоб світлодіод міг горіти близько хвилини після відключення живлення.

У майбутньому інженери планують збільшувати кількість синхронізованих осциляторів та спробувати підключити не лише невеличкий світлодіод, а і інші електронні пристрої на кшталт годинників або датчиків повітря.