Un equipo de científicos de la Universidad de Singapur (NUS) ha anunciado la creación de un prototipo de dispositivo de captación de energía que extrae electricidad utilizable aparentemente de la nada.

Diseñado para aprovechar la tecnología de rectificadores de espín a nanoescala para capturar lo que los inventores del dispositivo denominan señales de “RF residuales” que existen en el aire debido a las señales Wi-Fi, Bluetooth, 5G y de radio tradicionales, el novedoso sistema de recolección de energía puede convertir esas señales en suficiente energía eléctrica de corriente continua (CC) utilizable.

En los últimos años se han desarrollado tecnologías similares de captación de energía de radiofrecuencia, incluida una inventada por investigadores de la Universidad del Sur de Florida. Sin embargo, el equipo que está detrás de esta última iteración afirma que su dispositivo es capaz de capturar energía a partir de señales generales más débiles (normalmente inferiores a -20 dBm) que incluso la tecnología de captación de energía de RF más sensible.

Yang Hyunsoo, profesor del NUS College of Design and Engineering, dijo en un comunicado:

“La captación de señales electromagnéticas de radiofrecuencia es crucial para el desarrollo de sensores y dispositivos electrónicos de bajo consumo.

Sin embargo, los actuales módulos de captación de energía se enfrentan a dificultades para funcionar a baja potencia ambiental debido a las limitaciones de la tecnología de rectificadores existente”.

Tecnología aplicada

Para superar las limitaciones de dispositivos similares, incluidas las ineficiencias de convertir señales tan débiles en electricidad útil, el equipo desarrolló su propia tecnología ultracompacta de rectificador de espín a nanoescala para capturar y convertir la RF residual. A diferencia de intentos anteriores, este minúsculo rectificador mostró unos resultados impresionantes en la conversión de señales de RF por debajo de -20 dBm.

Las tecnologías inalámbricas omnipresentes como Wi-Fi, Bluetooth y 5G se basan en señales de radiofrecuencia (RF) para enviar y recibir datos. Un nuevo prototipo de módulo de captación de energía -desarrollado por un equipo dirigido por científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS)- puede ahora convertir señales de radiofrecuencia ambientales o “residuales” en tensión de corriente continua (CC). Así se pueden alimentar pequeños dispositivos electrónicos sin necesidad de pilas. Crédito de imagen: nus.edu.sg

Según el profesor Yang, los esfuerzos de su equipo por mejorar la captación de energía a estos niveles tan bajos fueron drásticamente distintos de los anteriores. Ello se debe principalmente a la aplicación de rectificadores de espín a nanoescala.

El profesor Yang explica:

“Los esfuerzos recientes se han centrado únicamente en mejorar la eficiencia de la antena y las redes de adaptación de impedancias, a expensas de una mayor huella en el chip.

Los rectificadores de espín a nanoescala, en cambio, ofrecen una tecnología compacta para la conversión sensible y eficiente de RF a CC”.

Tras probar varias configuraciones diseñadas para convertir energía de distintas longitudes de onda EM bajas pero utilizables, el equipo se decidió por una que funcionaba con un nivel de eficiencia nunca visto hasta entonces. Este resultado, explica el equipo, se debió tanto a su enfoque como a la propia tecnología. El resultado fue un dispositivo que captaba niveles bajos de RF y los convertía en electricidad suficiente para alimentar un sensor eléctrico y un LED.

El profesor Yang explica:

“Optimizamos los rectificadores de espín para que funcionaran a bajos niveles de potencia de radiofrecuencia disponibles en el entorno e integramos un conjunto de estos rectificadores de espín en un módulo de captación de energía para alimentar el LED y el sensor comercial a una potencia de radiofrecuencia inferior a -20 dBm.

Nuestros resultados demuestran que la tecnología SR es fácil de integrar y escalable, lo que facilita el desarrollo de matrices SR a gran escala para diversas aplicaciones de RF y comunicación de baja potencia”.

Aplicación de la tecnología podría traer beneficios económicos y medioambientales

Un dispositivo ahora puede extraer electricidad del aire. Crédito de imagen: depositphotos.com

A pesar de sus impresionantes resultados, el invento del equipo aún no está a disposición del público. Sin embargo, los científicos que están detrás de esta tecnología potencialmente revolucionaria afirman que su aplicación podría tener diversas repercusiones sociales, entre ellas beneficios económicos y medioambientales.

El equipo explica:

“Las tecnologías de captación de energía por radiofrecuencia, como ésta, son esenciales porque reducen la dependencia de las baterías, prolongan la vida útil de los dispositivos, minimizan el impacto ambiental y mejoran la viabilidad de las redes de sensores inalámbricos y los dispositivos de Internet de las cosas en zonas remotas donde la sustitución frecuente de las baterías es poco práctica”.

Según el Dr. Raghav Sharma, primer autor, su trabajo representa probablemente un nuevo punto de referencia para los rectificadores de baja energía y debería impulsar la investigación para crear dispositivos de captación de energía de radiofrecuencia aún más sensibles y eficientes utilizando su método de rectificador de espín.

«A pesar de la amplia investigación mundial sobre rectificadores y módulos de captación de energía, siguen sin resolverse las limitaciones fundamentales de la tecnología de rectificadores para el funcionamiento a baja potencia de RF», afirma Sharma. “La tecnología de rectificadores de espín ofrece una alternativa prometedora, superando la eficiencia y sensibilidad actuales de los diodos Schottky en los regímenes de baja potencia. Este avance supone un punto de referencia para las tecnologías de rectificadores de RF a baja potencia, allanando el camino para el diseño de la próxima generación de captadores y sensores de energía de RF ambiental basados en rectificadores de espín.”

Los hallazgos de la investigación “Nanoscale spin rectifiers for harvesting ambient radiofrequency energy” han sido publicados en la revista Nature Electronics.

[FT: NUS News]

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