O dispositivo fabricado com materiais flexíveis e baratos pode alimentar componentes eletrônicos de áreas abrangentes, wearable, dispositivos médicos e muito mais.

Imagine um mundo em que smartphones, laptops, wearables e outros produtos eletrônicos sejam alimentados sem baterias. Pesquisadores do MIT e de outros países deram um passo nessa direção, com o primeiro dispositivo totalmente flexível que pode converter a energia dos sinais Wi-Fi em eletricidade.

Dispositivos que convertem ondas eletromagnéticas de correntes alternadas em corrente continua são conhecidos como “retennas” ou antenas flexíveis. Os pesquisadores demonstraram um novo tipo de retenna, descrito em um estudo publicado na Nature, que usa uma antena de radiofrequência flexível que captura ondas eletromagnéticas incluindo aqueles que transportam Wi-Fi – como formas de onda de corrente alternada.

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A antena é então conectada a um novo dispositivo feito de um semicondutor bidimensional com poucos átomos de espessura. O sinal de corrente alternada viaja para o semicondutor, que o converte em uma tensão de corrente continua que pode ser usada para alimentar circuitos eletrônicos ou recarregar baterias. Dessa forma, o dispositivo sem bateria captura e converte passivamente sinais Wi-Fi em tensão elétrica continua.

“E se pudéssemos desenvolver sistemas eletrônicos e envolver uma ponte ou uma rodovia inteira? Ou as paredes de nosso escritório? Traríamos inteligência eletrônica a tudo ao nosso redor. Como você fornece energia para esses eletrônicos?”, Diz o co-autor do artigo, Tomás Palacios, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e diretor do Centro de Dispositivos de Grafeno e Sistemas 2D do MIT / MTL nos Laboratórios de Tecnologia de Microssistemas.

“Criamos uma nova maneira de alimentar os sistemas eletrônicos do futuro – capturando a energia Wi-Fi de maneira que seja facilmente integrada em áreas abrangentes – para trazer inteligência a todos os objetos ao nosso redor”.

As aplicações iniciais promissoras para a proposta da retenna incluem o fornecimento de aparelhos eletrônicos flexíveis e vestíveis, dispositivos médicos e sensores para a “internet das coisas”. Smartphones flexíveis, por exemplo, são um novo mercado para grandes empresas de tecnologia. Em experimentos, o dispositivo dos pesquisadores pode produzir cerca de 40 microwatts de energia quando expostos aos níveis típicos de energia dos sinais Wi-Fi (cerca de 150 microwatts). Isso é mais do que energia suficiente para acender um LED ou acionar chips de silício.

Aplicação na medicina

Outra possível aplicação está alimentando a comunicação de dados de dispositivos médicos implantáveis, diz o co-autor Jesús Grajal, pesquisador da Universidade Técnica de Madri. Por exemplo, os pesquisadores estão começando a desenvolver pílulas que podem ser engolidas pelos pacientes e transmitir dados de saúde de volta a um computador para diagnósticos.

“O ideal é que você não queira usar baterias para alimentar esses sistemas, porque se eles vazarem lítio, o paciente poderá morrer”, diz Grajal. “É muito melhor colher energia do ambiente para ligar esses pequenos laboratórios dentro do corpo e comunicar dados a computadores externos”.

Composto Inorgânico

Para construir seu retificador, os pesquisadores usaram um novo material 2-D chamado dissulfeto de molibdênio (MoS2), que tem três átomos de espessura é um dos semicondutores mais finos do mundo. Ao fazer isso, a equipe aproveitou um comportamento singular do MoS2: quando expostos a certos produtos químicos, os átomos do material se reorganizam de uma maneira que age como um interruptor, forçando uma transição de fase de um semicondutor para um material metálico. A estrutura resultante é conhecida como um diodo de Schottky, que é a junção de um semicondutor com um metal.

“Ao projetar o MoS2 em uma junção de fase semicondutor-metálica 2D, construímos um diodo Schottky atomicamente fino e ultrarápido que minimiza simultaneamente a resistência em série e a capacitância parasitária”, diz o primeiro autor e pós-doutorado do EECS Xu Zhang, que em breve ingressará na Carnegie Mellon Universidade como professor assistente.”

A capacitância parasitária é uma situação inevitável na eletrônica, onde certos materiais armazenam um pouco de carga elétrica, o que retarda o circuito. A capacitância mais baixa, portanto, significa maiores velocidades de retificador e freqüências operacionais mais altas. A capacitância parasita do diodo Schottky dos pesquisadores é uma ordem de grandeza menor do que os retificadores flexíveis de última geração da atualidade, por isso é muito mais rápida na conversão de sinais e permite capturar e converter até 10 gigahertz de sinais sem fio.

“Esse design permitiu um dispositivo totalmente flexível que é rápido o suficiente para cobrir a maioria das bandas de frequência de rádio usadas pelos nossos eletrônicos diários, incluindo Wi-Fi, Bluetooth, LTE celular e muitos outros”, diz Zhang.

Fonte: MITNews