Un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha revelado un prototipo de dispositivo de recolección de energía que genera electricidad utilizable aparentemente de la nada.

Este dispositivo está diseñado para utilizar la tecnología de rectificadores de espín a nanoescala, capturando lo que los inventores llaman señales de “RF residuales” presentes en el aire debido a las señales de Wi-Fi, Bluetooth, 5G y radio convencionales. El innovador sistema de recolección de energía puede transformar estas señales en suficiente energía eléctrica de corriente continua (CC) utilizable.

En los últimos años, se han desarrollado tecnologías similares para la recolección de energía de radiofrecuencia, incluyendo una creada por investigadores de la Universidad del Sur de Florida. No obstante, el equipo detrás de esta nueva versión asegura que su dispositivo puede capturar energía de señales más débiles (generalmente por debajo de -20 dBm) que incluso las tecnologías de recolección de energía de RF más sensibles.

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

«La recolección de señales electromagnéticas de radiofrecuencia es esencial para el desarrollo de sensores y dispositivos electrónicos de bajo consumo.

Sin embargo, los módulos actuales de recolección de energía enfrentan dificultades para operar con baja potencia ambiental debido a las limitaciones de la tecnología de rectificadores existente».

Tecnología aplicada

Para superar las limitaciones de dispositivos similares, como las ineficiencias en la conversión de señales débiles en electricidad útil, el equipo creó su propia tecnología ultracompacta de rectificador de espín a nanoescala para capturar y transformar la RF residual. A diferencia de intentos previos, este diminuto rectificador demostró resultados impresionantes al convertir señales de RF inferiores a -20 dBm.

Las tecnologías inalámbricas como Wi-Fi, Bluetooth y 5G dependen de señales de radiofrecuencia (RF) para transmitir y recibir datos. Un equipo de científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado un nuevo prototipo de módulo de captación de energía que puede convertir las señales de radiofrecuencia ambientales en corriente continua (CC), permitiendo así alimentar pequeños dispositivos electrónicos sin necesidad de baterías.

El profesor Yang y su equipo han trabajado en mejorar la captación de energía a niveles muy bajos, utilizando rectificadores de espín a nanoescala. Según el profesor Yang, sus esfuerzos se han diferenciado significativamente de los anteriores debido a esta tecnología.

Yang explica que los esfuerzos recientes se han centrado en mejorar la eficiencia de las antenas y las redes de adaptación de impedancias, lo que ha aumentado el tamaño del chip. En cambio, los rectificadores de espín a nanoescala ofrecen una solución compacta para la conversión eficiente de RF a CC.

Después de probar varias configuraciones para convertir energía de diferentes longitudes de onda electromagnéticas, el equipo encontró una que funcionaba con una eficiencia sin precedentes. Este dispositivo puede captar niveles bajos de RF y convertirlos en suficiente electricidad para alimentar un sensor eléctrico y un LED.

Yang añade que optimizaron los rectificadores de espín para que funcionaran con bajos niveles de potencia de radiofrecuencia disponibles en el entorno. Integraron varios de estos rectificadores en un módulo de captación de energía que puede alimentar un LED y un sensor comercial con una potencia de radiofrecuencia inferior a -20 dBm.

Los resultados demuestran que la tecnología de rectificadores de espín es fácil de integrar y escalable, lo que facilita el desarrollo de matrices de rectificadores de espín 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]