دستگاه انعطاف‌پذیری که امواج وای فای را به برق تبدیل می‌کند

به‌‌نظر شما ناامیدکننده‌‌ترین قطعه در میان متعلقات یک دستگاه تلفن‌‌ همراه هوشمند چه می‌‌تواند باشد؟ بسیاری از افراد متعقدند که این قطعه احتمالا «کابل شارژ و آداپتور» است؛ چراکه حمل‌ونقل و استفاده از آن‌‌ها یک دردسر واقعی محسوب می‌‌شود. مسلما همه‌‌ی ما دوست داریم تا حدامکان از این تجهیزات دست‌‌و‌‌پاگیر دوری کنیم. حالا، خبر خوب این‌‌که یک اختراع جدید ممکن است این امکان را برای ما فراهم کند. مهندسان یک دستگاه انعطاف‌پذیر تولید کرده‌اند که قادر به جذب و ذخیره‌‌ی انرژی از سیگنال‌های وای‌‌فای است.

این دستگاه جدید می‌تواند این انرژی را به الکتریسیته تبدیل کند و از آن برای شارژ ادوات الکترونیکی (بدون نیاز به سیم یا باتری) استفاده کند. دستگاه جدید باعنوان رکتنا (واژه‌‌ای ترکیب‌‌شده‌‌ از عبارت rectifying antenna به‌‌معنای آنتن یکسوکننده) شناخته می‌شود که درواقع نوعی آنتن است که انرژی الکترومغناطیسی را به جریان برق مستقیم تبدیل می‌کند.

این دستگاه که محصول تلاش گروهی از پژوهشگران به رهبری MIT و دانشگاه فنی مادرید است، از یک آنتن فرکانس رادیویی برای جذب امواج الکترومغناطیسی (مشابه فناوری مورداستفاده در وای‌‌فای)  استفاده می‌کند. این امواج ماهیت برق متناوب (AC) را دارند.

^{دستگاه جذب امواج وای‌‌فای}

امواج جذب‌‌شده به یک نیمه‌هادی دو بعدی فرستاده می‌شوند و در آن، تبدیل به جریان مستقیم (DC) می‌شوند. انرژی تولیدی در این مرحله، ۴۰ میکرووات است که مقدار زیادی محسوب نمی‌‌شود؛ اما همین میزان اندک، برای راه‌‌اندازی یک لامپ ال‌‌ای‌‌دی یا یک تراشه‌‌ی راه‌‌انداز سیلیکونی کافی است.

از آنجا که رکتنا تجهیزی انعطاف‌پذیر است، می‌‌توان از آن در سطوح وسیعی نظیر کاغذ دیواری منازل یا در دستگاه‌های کوچک و قابل‌حملی نظیر گوشی‌های هوشمند انعطاف‌پذیر استفاده کرد. این فناوری حتی می‌‌تواند در ایمپلنت ‌های پزشکی و حسگرهای بلعیدنی نیز استفاده شود. مهندس عیسی گراجال از دانشگاه فنی مادرید می‌‌گوید:

در حالت ایده‌آل شما تمایلی ندارید که برای این نوع سیستم‌‌ها [ایمپلنت‌‌های پزشکی و تراشه‌‌های بلعیدنی] از باتری استفاده کنید؛ چراکه درصورت نشت لیتیوم، امکان مسمومیت و مرگ بیمار وجود دارد. [در چنین مواردی] بهتر است که انرژی را از محیط‌ برداشت کنیم و از آن برای راه‌‌اندازی ادوات داخل بدن و نیز انتقال اطلاعات به رایانه‌‌های خارجی استفاده کنیم.

بااین‌‌حال، واضح است که این اولین دستگاهی نیست که می‌تواند انرژی را از وای‌‌فای به الکتریسیته تبدیل کند. چنین ایده‌‌ای مدت‌‌هاست که وجود داشته است و مهندسان همواره با آن درگیر بوده‌‌اند. موفقیت اصلی این تیم پژوهشی در به‌‌کارگیری موادی متفاوت در ساختار یکسوکننده‌‌ی دستگاه (مبدل جریان متناوب به مستقیم) بوده است.

در نمونه‌‌های پیشین این دستگاه از ماده‌ای مانند سیلیکون یا گالیوم آرسناید استفاده می‌‌شد که نه‌تنها ماده‌‌ای صُلب و غیرقابل‌‌انعطاف بود بلکه برای استفاده در سطوح وسیع، هزینه‌‌ی زیادی را دربرداشت.

تیم پژوهشی از مولیبدن دی‌‌سولفید (MoS2) برای ساخت رکتنای انعطاف‌‌پذیر بهره برده است. این ماده ضخامتی تنها به‌‌اندازه‌‌ی سه اتم دارد و هنگامی که در معرض مواد شیمیایی خاصی قرار می‌گیرد، انتقال فازی بین مواد نیمه‌هادی و مواد فلزی ایجاد می‌کند.

همچنین می‌‌توان این ساختار جدید را به‌‌عنوان یک دیود شاتکی درنظر گرفت؛ نظیر این نوع کارکرد (با تقلید از خواص اتصال فلز و نیمه‌رسانا) قبلا برای کاهش اعوجاج‌‌های خازنی مورد استفاده قرار می‌‌گرفت.

دستگاه جدید قادر است فرکانس‌‌های بالاتری را نسبت به یکسوکننده‌‌های انعطاف‌‌پذیر پیشین جذب کند؛ این فرکانس‌‌ها شامل فرکانس‌‌های رده‌‌ی گیگاهرتزی نیز می‌‌شود که برخی اپراتورهای وای‌‌فای از آن بهره می‌‌برند. ژو ژانگ، مهندسی از دانشگاه MIT می‌‌گوید:

این طراحی به‌‌معنای دستیابی به تجهیزی کاملا انعطاف‌‌پذیر است که از سرعت کافی برای جذب پهنای باند فرکانس‌‌های رادیویی مورداستفاده در بسیاری از تجهیزات روزمره‌ی ما نظیر وای‌‌فای، بلوتوث و LTE تلفن همراه برخوردار خواهد بود.

به‌‌علاوه پیش‌‌بینی می‌‌شود هزینه‌‌ی این فناوری در مقیاس‌های بزرگ‌تر کاهش یابد؛ بنابراین می‌توان از آن برای کاربری‌‌های بسیار بزرگ‌تری نیز استفاده کرد. توماس پالاسیوس از مرکز MIT/MTL کاربری تجهیزات گرافنی و سیستم‌‌های دوبعدی در آزمایشگاه‌‌های فناوری میکروسیستم می‌‌گوید:

چه می‌شود اگر روزی انواعی از سیستم‌های الکترونیکی را توسعه دهیم که با ایجاد پوشش روی پل‌‌ها، بزرگ‌راه‌‌ها یا دیوارهای دفاتر کارمان، بتوان هوش الکترونیکی در تمام جوانب زندگی اعمال کرد؟ چگونه باید انرژی موردنیاز این ادوات الکترونیکی را فراهم کنیم؟

او ادامه می‌‌دهد:

ما مسیر تازه‌‌ای برای تأمین انرژی سیستم‌های الکترونیکی آینده در اختیار داریم؛ با جذب انرژی وای‌‌فای به روشی قابل‌‌ادغام با سطوح وسیع، ما درنهایت قادر خواهیم بود تمامی اشیا پیرامون خود را هوشمند کنیم.

در حال حاضر، این تیم تلاش دارد سیستم‌‌های بزرگ‌‌تری را بسازد و همچنین کارایی این نوع آنتن‌ها را افزایش دهد.