Гаджеты будут подзаряжаться от беспроводных сетей самостоятельно

Новая технология, разработанная специалистами MIT, позволит устройствам подзаряжаться прямо от беспроводных сетей. Правда, для этого придётся подождать внедрения стандарта 6G.

Учёные обратили внимание на тот факт, что большая часть энергии, потраченной на излучение радиоволн системами связи, пропадает впустую. Правда, для нынешних систем, работающих на частотах в единицы гигагерц и менее, эта мощность ничтожна. Но уже строятся и вводятся в эксплуатацию сети 5G, рассчитанные на десятки гигагерц. А недавно инженеры приступили к разработке стандарта 6G. Он будет использовать излучение на частотах в сотни гигагерц и терагерцы.

Энергия электромагнитной волны пропорциональна частоте в четвёртой степени. Переход от 4G к 6G потребует увеличения частоты в 100–1000 раз. Это значит, что потребляемая энергия увеличится в 100⁴–1000⁴ раз, то есть в 10 миллионов и даже триллион раз! И большая её часть по-прежнему будет впустую рассеиваться в пространстве.

Между тем такая мощность вполне достаточна для того, чтобы подзаряжать мобильные устройства. Заметим также, что слабое терагерцевое излучение испускает любой тёплый предмет, от работающего электроприбора до человеческого тела.

Вопрос в том, как преобразовать энергию излучения в энергию постоянного тока. Для частот менее 100 гигагерц работают технологии, основанные на полупроводниковых выпрямителях. Радиоволна порождает в антенне переменный ток высокой частоты, а выпрямитель превращает его в постоянный. Если частота излучения превышает 10 терагерц, в ход идут фотоэлементы.

А вот участок в 0,1–10 терагерц, в котором и будут работать сети 6G, оказывается в мёртвой зоне. Известно мало способов преобразовать энергию такой волны в постоянный ток, и все они работают лишь при очень низкой температуре.

Научная группа из Массачусетского технологического института (MIT) теоретически обосновала технологию, пригодную для использования при комнатной температуре. Она описана в научной статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Их подход использует квантовые эффекты, возникающие в материале, состоящем из графена и одномерного нитрида бора.

Графен поглощает терагерцевые волны. Их энергия передаётся электронам в материале и придаёт им дополнительный импульс. Практически идеальная структура графена способствует тому, чтобы электроны не теряли эту энергию, сталкиваясь с дефектами решётки.

Но в чистом графене возбуждённые таким образом электроны движутся во всех направлениях. Здесь и вступает в игру нитрид бора. Его молекулы нарушают равновесие сил, действующих на электроны в графене, и заставляет частицы избирать выделенное направление.

Исследователи разработали проект устройства, вырабатывающего постоянный ток благодаря энергии терагерцевых волн. Оно включает антенну, собирающую и концентрирующую излучение, и приёмник с графеном и нитридом бора.

"Это будет [устройство] для пассивного сбора и преобразования энергии из окружающей среды, очень похожее на солнечную батарею, за исключением того, что работать оно будет в другом частотного диапазоне", – говорит глава исследовательской группы Лян Фу (Liang Fu).

Авторы подали заявку на патент и скооперировались с физиками-экспериментаторами, чтобы воплотить свою задумку "в железе".

Учёные предполагают, что такая система вполне могла бы подпитывать носимые устройства, в том числе беспроводные имплантаты.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о других разработках MIT. В их числе система, через стены отслеживающая перемещения людей, и 3D-нанокамера, снимающая полупрозрачные объекты. Говорили мы и о технологии, позволяющей отслеживать передвижения за стеной с помощью Wi-Fi.