Perangkat Fleksibel Baru Dapat Mengubah Sinyal WiFi Menjadi Listrik

• Jenis rectenna baru yang terbuat dari semikonduktor dua dimensi tipis dapat mengubah sinyal Wi-Fi menjadi listrik.
• Para peneliti mampu menghasilkan daya 40 mikrowatt saat mereka mengekspos rectenna ke sinyal WiFi normal.
• Itu lebih dari cukup untuk menggerakkan chip silikon atau menyalakan LED.

Transmisi daya nirkabel dimulai pada akhir abad ke-19 ketika Nikola Tesla sedang mengerjakan metode untuk mentransfer energi listrik tanpa kabel. Beberapa tahun kemudian, seorang penemu Italia Guglielmo Marconi menemukan sistem telegrafi nirkabel pertama yang lengkap dan sukses secara komersial.

Pemanen energi frekuensi radio yang efisien kemudian didirikan (pada pertengahan abad ke-20) pada substrat kaku seperti silikon. Namun, sangat sulit untuk memperluas teknologi ini ke sistem elektronik yang digunakan sehari-hari. Meskipun berbagai semikonduktor fleksibel telah dianalisis untuk memungkinkan penginderaan yang benar-benar ada di mana-mana, para ilmuwan belum mencapai tonggak penting dalam bidang ini.

Baru-baru ini, tim peneliti MIT menemukan perangkat pertama yang sepenuhnya fleksibel yang dapat mengubah sinyal WiFi menjadi energi listrik menjadi elektronika daya. Ini adalah jenis rectenna baru — instrumen untuk mengubah gelombang elektromagnetik AC menjadi listrik DC — yang menggunakan antena frekuensi radio fleksibel untuk menangkap gelombang elektromagnetik sebagai bentuk gelombang AC.

Antena ini kemudian disambungkan ke perangkat unik yang terbuat dari semikonduktor 2D. Perangkat mengubah sinyal AC menjadi tegangan DC yang dapat mengisi ulang baterai dan sirkuit elektronik daya.

Apa Perangkat Unik Ini?

Rectennas konvensional menggunakan galium arsenide atau silikon untuk penyearah yang mengubah sinyal AC menjadi daya DC. Meskipun semikonduktor ini menutupi pita WiFi, mereka kaku. Menggunakannya untuk membuat area yang luas (dinding, permukaan bangunan) akan sangat mahal.

Para ilmuwan telah mencoba untuk memperbaiki masalah ini selama beberapa dekade. Mereka telah mengembangkan beberapa rectenna yang efisien tetapi mereka bekerja pada frekuensi rendah dan tidak dapat mengubah sinyal dalam frekuensi gigahertz, di mana sebagian besar sinyal WiFi dan ponsel berada.

Dalam penelitian ini, peneliti menggunakan bahan baru dua dimensi bernama molibdenum disulfida yang hanya setebal tiga atom. Ketika atom dari bahan ini bersentuhan dengan bahan kimia tertentu, mereka memposisikan diri sedemikian rupa sehingga mereka bertindak sebagai sakelar. Hal ini memaksa material untuk mengubah fasenya dari semikonduktor menjadi logam.

Referensi:Alam | doi:10.1038/s41586-019-0892-1 | MIT

Hal ini menghasilkan sambungan semikonduktor dengan logam, yang disebut dioda Schottky, yang meminimalkan kapasitansi parasit dan resistansi seri secara bersamaan.

Kapasitansi parasit dioda Schottky jauh lebih rendah daripada kapasitansi parasit penyearah fleksibel canggih yang ada. Dengan demikian, perangkat ini dapat menangkap dan mengonversi sinyal nirkabel dengan kecepatan yang jauh lebih cepat (hingga 10 gigahertz), yang mencakup pita frekuensi radio yang digunakan oleh LTE seluler, Bluetooth, dan Wi-Fi.

Hormat peneliti

Hasil dan Aplikasi

Efisiensi output maksimum perangkat adalah sekitar 40%, dan bervariasi sesuai dengan input sinyal WiFi. Untuk memasukkan ini ke dalam konten, rectennas konvensional yang terbuat dari galium arsenida dan silikon memiliki efisiensi sekitar 50% hingga 60%. Tim berencana untuk mengembangkan sistem yang lebih kompleks dengan efisiensi yang lebih tinggi.

Aplikasi awal perangkat baru ini termasuk menyalakan elektronik genggam, instrumen medis, dan sensor untuk 'internet of things'. Dalam studi ini, peneliti mampu menghasilkan daya 40 mikrowatt saat rectenna terpapar sinyal WiFi normal (yang biasanya memiliki daya 150 mikrowatt).

Baca:DARPA Akan Menggunakan Sumber Cahaya Laser Untuk Menghidupkan Pesawat Kecil Saat Terbang

Saat ini, para ilmuwan sedang mengembangkan pil yang dapat ditelan yang dapat mengalirkan data kesehatan kembali ke komputer untuk diagnostik. Rektenna baru juga dapat digunakan untuk memberi daya pada perangkat medis implan tersebut di masa mendatang.