p Imagine um mundo onde smartphones, laptops, vestuário, e outros eletrônicos são alimentados sem baterias. Pesquisadores do MIT e de outros lugares deram um passo nessa direção, com o primeiro dispositivo totalmente flexível que pode converter energia de sinais Wi-Fi em eletricidade que poderia alimentar eletrônicos. p Dispositivos que convertem ondas eletromagnéticas CA em eletricidade CC são conhecidos como "retennas". Os pesquisadores demonstram um novo tipo de retena, descrito em um estudo publicado em Natureza , que usa uma antena de radiofrequência (RF) flexível que captura ondas eletromagnéticas - incluindo aquelas que transportam Wi-Fi - como formas de onda AC.

p A antena é então conectada a um novo dispositivo feito de um semicondutor bidimensional com apenas alguns átomos de espessura. O sinal AC viaja para o semicondutor, que o converte em uma tensão DC que pode ser usada para alimentar circuitos eletrônicos ou recarregar baterias.

p Desta maneira, o dispositivo sem bateria captura passivamente e transforma sinais de Wi-Fi onipresentes em energia DC útil. Além disso, o dispositivo é flexível e pode ser fabricado em um processo rolo a rolo para cobrir áreas muito grandes.

p "E se pudéssemos desenvolver sistemas eletrônicos que envolvessem uma ponte ou cobrissem uma rodovia inteira, ou as paredes de nosso escritório e trazem inteligência eletrônica para 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 2-D do MIT / MTL nos Laboratórios de Tecnologia de Microsistemas. "Criamos uma nova maneira de alimentar os sistemas eletrônicos do futuro - coletando energia Wi-Fi de uma forma que seja facilmente integrada em grandes áreas - para levar inteligência a todos os objetos ao nosso redor."

p As aplicações iniciais promissoras para a retina proposta incluem a alimentação de eletrônicos flexíveis e vestíveis, dispositivos médicos, e sensores para a "internet das coisas". Smartphones flexíveis, por exemplo, são um novo mercado quente para grandes empresas de tecnologia. Em experimentos, O dispositivo dos pesquisadores pode produzir cerca de 40 microwatts de potência quando exposto aos níveis de potência típicos de sinais Wi-Fi (cerca de 150 microwatts). Isso é energia mais do que suficiente para iluminar um display móvel simples ou chips de silício.

p Outra aplicação possível é alimentar as comunicações de dados de dispositivos médicos implantáveis, diz o co-autor Jesús Grajal, pesquisador da Universidade Técnica de Madrid. Por exemplo, os pesquisadores estão começando a desenvolver pílulas que podem ser engolidas pelos pacientes e enviar dados de saúde de volta a um computador para diagnóstico.

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

p Todos os retificadores dependem de um componente conhecido como "retificador, ", que converte o sinal de entrada CA em energia CC. Os retificadores tradicionais usam silício ou arseneto de gálio para o retificador. Esses materiais podem cobrir a banda Wi-Fi, mas eles são rígidos. E, embora usar esses materiais para fabricar pequenos dispositivos seja relativamente barato, usando-os para cobrir vastas áreas, como as superfícies de edifícios e paredes, teria um custo proibitivo. Os pesquisadores vêm tentando consertar esses problemas há muito tempo. Mas os poucos retenes flexíveis relatados até agora operam em baixas frequências e não podem capturar e converter sinais em frequências gigahertz, onde estão a maioria dos sinais relevantes de telefones celulares e Wi-Fi.

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

p "Ao transformar MoS2 em uma junção de fase semicondutora metálica 2-D, nós construímos um atomicamente fino, diodo Schottky ultrarrápido que minimiza simultaneamente a resistência em série e a capacitância parasita, "diz o primeiro autor e pós-doutorado do EECS, Xu Zhang, que em breve ingressará na Carnegie Mellon University como professor assistente.

p A capacitância parasitária é uma situação inevitável na eletrônica, onde certos materiais armazenam um pouco de carga elétrica, o que retarda o circuito. Capacitância mais baixa, Portanto, significa velocidades aumentadas do retificador e frequências de operação mais altas. A capacitância parasita do diodo Schottky dos pesquisadores é uma ordem de magnitude menor do que os retificadores flexíveis de última geração, por isso é muito mais rápido na conversão de sinal e permite capturar e converter até 10 gigahertz de sinais sem fio.

p "Esse projeto permitiu um dispositivo totalmente flexível que é rápido o suficiente para cobrir a maioria das bandas de radiofrequência usadas por nossos eletrônicos diários, incluindo Wi-Fi, Bluetooth, LTE celular, e muitos outros, "Zhang diz.

p O trabalho relatado fornece plantas para outros dispositivos flexíveis de Wi-Fi para eletricidade com saída e eficiência substanciais. A eficiência máxima de saída para o dispositivo atual é de 40 por cento, dependendo da potência de entrada do Wi-Fi. No nível de potência típico do Wi-Fi, a eficiência energética do retificador MoS2 é de cerca de 30 por cento. Para referência, os melhores retenos de arsenieto de silício e gálio de hoje feitos de rígidos, mais caro, o silício ou o arsenieto de gálio atingem cerca de 50 a 60 por cento.

p Existem 15 outros co-autores de artigos do MIT, Universidade Técnica de Madrid, o Laboratório de Pesquisa do Exército, Universidade Carlos III de Madrid, Universidade de Boston, e a University of Southern California.

p A equipe agora está planejando construir sistemas mais complexos e melhorar a eficiência. O trabalho foi possível, em parte, por uma colaboração com a Universidade Técnica de Madrid através do MIT International Science and Technology Initiatives (MISTI). Também foi parcialmente apoiado pelo Institute for Soldier Nanotechnologies, o Laboratório de Pesquisa do Exército, o Centro de Materiais Quânticos Integrados da National Science Foundation, e o Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea.