Elettricità via Wi-Fi: dal Mit arriva la "rectenna" flessibile

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Viviamo costantemente connessi, grazie anche all’ormai ubiquitario Wi-Fi, che anni fa ci liberò dall’oppressione del cavo, del collegamento fisico con la rete internet o un dispositivo. Oggi sono le onde elettromagnetiche a scambiare milioni di dati con i vari device, non solo smartphone e computer, che utilizziamo nelle nostre vite private e lavorative. E in futuro queste stesse frequenze potrebbero fornirci anche l’energia elettrica necessaria a farli funzionare. Sulle pagine di Nature, ricercatori del Mit di Cambridge (Usa) annunciano di aver realizzato un’antennaraddrizzatore, un dispositivo che riceve un segnale radio Wi-Fi  e lo converte in corrente continua, come quella fornita da una batteria. La”rectenna”, così battezzata dagli autori dello studio, è realizzata con i nuovi materiali bidimensionali, spessi pochi atomi, ed è dunque flessibile. Le sue applicazioni spaziano dall’elettronica indossabile ai dispositivi medici, all’internet delle cose e all’architettura, essendo in grado di trasformare in generatori di energia interi edifici.

Energia dal Wi-Fi con le “rectenne”

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(Foto: Christine Daniloff)

Sfruttare l’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche è un’idea perseguita da anni. Tuttavia, nessuna soluzione fin’ora trovata appariva adeguata ai futuri sviluppi dell’elettronica flessibile. Inoltre, i ricercatori non hanno cercato di creare una “ricarica wireless”, bensì di realizzare un dispositivo che riceve un segnale Wi-Fi e lo converta in corrente elettrica continua, rendendo inutili, o quanto meno non indispensabili, le batterie. La “rectenna” è un’antenna è in grado di captare il segnale elettromagnetico e convertirlo in segnale elettrico in corrente alternata (Ac) combinata con un raddrizzatore che trasforma la corrente alternata in corrente continua (Dc), come quella generata da una batteria. In questo modo, un dispositivo elettronico che implementa una “rectenna” potrebbe fare a meno di accumulare energia, potendo ricavarla dai segnali Wi-Fi presenti nell’ambiente. La “rectenna” realizzata da Xu Zhang e colleghi è riuscita a generare una potenza di 40 microwatt con un segnale Wi-Fi di 150 microwatt, più che sufficiente ad alimentare un piccolo display o un chip al silicio.

Un diodo Schottky ultrasottile

Per realizzare le “rectenne”  i ricercatori hanno usato un nuovo materiale 2D: il disolfuro di molibdeno (MoS2). Questo materiale, spesso quanto tre atomi, è uno dei semiconduttori più sottili al mondo. Il MoS2 ha una proprietà particolare: quando viene esposto a determinate sostanze chimiche i suoi atomi si riposizionano, e dunque può funzionare come un interruttore. In questo passaggio avviene una transizione di fase da semiconduttore a semimetallo, nota come diodo Schottky, cioè una giunzione fra un semiconduttore e un metallo.

“Ingegnerizzando il MoS2 in una giunzione bidimensionale abbiamo costruito un diodo Schottky ultrasottile e ultraveloce”, ha spiegato l’autore dello studio, Xu Zhang. Tradizionalmente, le “rectenne” sfruttano materiali come il silicio e il gallio con cui si riesce a coprire la banda di frequenze del Wi-Fi, ma che sono molto rigidi. Invece, la “rectenna” messa a punto dal team del Mit è flessibile e ha un’efficienza di conversione del 40%, mentre la maggior parte dei rettificatori basati sul MoS2 arrivano al 30%. Oggi, le “rectenne” basate su gallio e silicio, più rigide ma anche più costose, arrivano ad efficienze tra il 50 e il 60%.

Non solo Wi-Fi

Le “rectenne” flessibili realizzate finora avevano anche il problema di non riuscire a coprire le frequenze gigahertz, cioè le frequenze che usano la maggior parte dei telefoni e dei Wi-Fi. “Il nostro dispositivo riesce a ridurre gli effetti di capacità parassite, effetti indesiderati che colpiscono la maggior parte dei dispositivi elettronici”, ha chiarito Xu Zhang. “Siamo riusciti a ottenere un diodo con capacità parassite molto ridotte e quindi abbastanza veloce da coprire la maggior parte delle radio-frequenze usate oggi nell’elettronica come Wi-Fi, bluetooth, Lte e molti altri”.

Lo strumento messo a punto dai ricercatori è flessibile, economico e leggero. Una “rectenna” del genere potrebbe essere usata per avvolgere grandi superfici, come palazzi e autostrade, che a quel punto si trasformerebbero in veri e propri generatori di corrente elettrica.

Ci sono molte altre applicazioni cui si presterebbero questi dispositivi: elettronica flessibile e indossabile come quella integrata nell’abbigliamento, sensori per “l’internet delle cose”, dispositivi medici impiantabili nei pazienti (che se provvisti di batteria sarebbero pericolosi a causa della tossicità del litio). Il prossimo passo dei ricercatori ora sarà quello di aumentare ancora l’efficienza ed elaborare nuovi e più complessi dispositivi.

Riferimenti: Nature

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