Συλλογή και χρήση της ακτινοβολίας υποβάθρου για τροφοδότηση μικρών συσκευών

02 Αυγουστου 2011
Posted in Επικαιρότητα

Ηλεκτρισμός από ηλεκτρομαγνητικά κύματα!

Ερευνητές κατάφεραν να συλλέξουν και να χρησιμοποιήσουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από συσκευές τηλεοράσης, ραδιοφώνου, δίκτυα κινητής και δορυφορικά.

Χρησιμοποιώντας την διάχυτη ενέργεια στον αέρα γύρω μας, μπορούμε να δώσουμε ισχύ σε δίκτυα ασύρματων αισθητήρων, μικροεπεξεργαστών και chip επικοινωνιών.

Όπως δήλωσε ο επικεφαλής της έρευνας,καθηγητής Μάνος Τεντζέρης του Georgia Tech School, "υπάρχει γύρω μας μεγάλο ποσοστό ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας την οποία κανένας δεν είχε καταφέρει ως τώρα να αξιοποιήσει. Χρησιμοποιούμε μια κεραία ultra-wideband, που μας επιτρέπει να εξετάσουμε διάφορες συχνότητες και μας δίνει την δυνατότητα να μαζέψουμε μεγάλα ποσά ενέργειας".

Ο καθηγητής Τεντζέρης και η ομάδα του χρησιμοποιούν εκτυπωτές inkjet για να συνδυάσουν αισθητήρες, κεραίες και συστοιχίες συλλογής ενέργειας σε κύκλωμα, που τυπώνουν σε χαρτί ή εύπλαστα πολυμερή.

Οι παραγόμενοι αυτο-ενεργειακοί ασύρματοι αισθητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην βιομηχανία ή για αμυντικούς σκοπούς.

Οι συσκευές της ομάδας για την ώρα μπορούν να μαζέψουν την ενέργεια που εκπέμπεται στην μπάντα από τα FM έως αυτή του ραντάρ (100 MHz-15GHz), να την μετατρέψουν από AC σε DC ρεύμα και να την αποθηκεύσουν σε πυκνωτές ή μπαταρίες. Η απόδοση φτάνει τα μερικές εκατοντάδες microwatts ανά μονάδα ενώ αν συνδυαστούν περισσότερες μονάδες η ισχύς φτάνει στα επίπεδα δεκάδων milliwatts.

Η εκτύπωση των κυκλωμάτων γίνεται με standard inkjet εκτυπωτές με την προσθήκη νανοσωματιδίων ασημιού και άλλων υλικών στο διάλυμα εκτύπωσης.

Και φόρτιση κινητών

Τα πρώτα πειράματα της ερευνητικής ομάδας ξεκίνησαν το 2006, όταν κατάφεραν να ενεργοποιήσουν έναν αισθητήρα θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας τα κύματα που εξέπεμπε ο «πύργος» ενός τηλεοπτικού σταθμού, σε απόσταση περίπου 1.000 μέτρων. «Το πρόβλημα που αντιμετωπίζαμε τότε, όπως και πολλοί άλλοι επιστήμονες που προσπαθούσαν να αναπτύξουν μια παρόμοια τεχνική, ήταν ότι μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ένα πολύ περιορισμένο εύρος συχνοτήτων, δηλαδή μόνο την μπάντα των τηλεοπτικών σημάτων (100 - 200 MHz)», σημειώνει ο κ. Τεντζέρης. Αυτό σήμαινε πως η τεχνολογία δεν ήταν ακόμη αρκετά ευέλικτη, από τη στιγμή που σε κάποια περιοχή ενδεχομένως το τηλεοπτικό σήμα είναι ασθενές και, αντίθετα, έχουν μεγάλη ένταση τα ραδιοκύματα.

Σήμερα, πάντως, η διάταξη έχει βελτιωθεί σε τέτοιο βαθμό που λειτουργεί σε πολλαπλάσιο φάσμα συχνοτήτων –πιο συγκεκριμένα, από τα 100 MHz έως τα 2 GHz, καλύπτοντας δηλαδή τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από τους τηλεοπτικούς σταθμούς, τις κεραίες κινητής τηλεφωνίας και τα ραντάρ. Κάτι που επιτυγχάνεται για πρώτη φορά από οποιαδήποτε ερευνητική ομάδα. «Εκτός από μεγαλύτερη ευελιξία, η τεχνολογία μας μπορεί πλέον να παράγει επίσης μεγαλύτερα ποσά ενέργειας», συμπληρώνει ο επιστήμονας, «αφού όσο περισσότερες μπάντες αξιοποιεί, τόσο περισσότερη είναι και η ισχύς που αποθηκεύει». Ετσι, από τα microwatt (εκατομμυριοστά του watt) ισχύος που εξασφάλιζαν οι επιστήμονες πριν από πέντε χρόνια, η αντένα με το κύκλωμα μπορούν τώρα να πετύχουν απόδοση μερικών milliwatt (χιλιοστών του watt). Ισχύς η οποία είναι αρκετή ώστε η διάταξη να διατηρεί σε λειτουργία ασύρματους αισθητήρες, μικροεπεξεργαστές και άλλα ανάλογα εξαρτήματα.

«Στόχος μας είναι στο άμεσο μέλλον να αυξήσουμε ακόμη περισσότερο τα όρια των συμβατών συχνοτήτων, ώστε να συμπεριλάβουμε τόσο τα ραδιοκύματα όσο και την ακτινοβολία που εκπέμπουν τα ηλεκτρικά καλώδια των σπιτιών ή τα οικιακά δίκτυα Wi-Fi», προσθέτει ο κ. Τεντζέρης. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ακόμη και για τη φόρτιση κινητών τηλεφώνων. «Για να αυξήσουμε την απόδοση, παράλληλα αναπτύσσουμε συστήματα τα οποία θα έχουν τη δυνατότητα να μετατρέψουν σε ηλεκτρικό ρεύμα την κινητική ενέργεια του τηλεφώνου», τονίζει. Και βέβαια, η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με φωτοβολταϊκά πάνελ, ώστε οποιαδήποτε φορητή συσκευή να φορτίζεται με το φως του ήλιου κατά τη διάρκεια της ημέρας και τη νύχτα από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Ανακυκλώσιμες οι «έξυπνες» ετικέτες

Εκτός από την αξιοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για την παραγωγή ηλεκτρισμού, στην πραγματικότητα οι επιστήμονες από το Ερευνητικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Georgia έλυσαν κι ένα δεύτερο πρόβλημα, που αντιμετωπίζουν οι ηλεκτρονικές «έξυπνες ετικέτες»: το γεγονός ότι μέχρι σήμερα οι αισθητήρες και τα υπόλοιπα εξαρτήματά τους κατασκευάζονται από κεραμικά υλικά ή πυρίτιο. Αυτό συνεπάγεται πως επιβαρύνουν το περιβάλλον μετά το τέλος ζωής τους, αλλά και έχουν μεγάλο κόστος παραγωγής. «Ωστόσο, εμείς καταφέραμε να βρούμε μία τεχνική κατασκευής όπου ολόκληρη η “ετικέτα”, μαζί με την αντένα που “απορροφά” ενέργεια από τον αέρα, τυπώνεται από ειδικούς εκτυπωτές inkjet πάνω σε χαρτί, πλαστικό ή οργανικό πολυμερές», αναφέρει ο Μάνος Τεντζέρης από το Ινστιτούτο. Με τα «μελάνια» που χρησιμοποιούνται να είναι ειδικές νανο-ενώσεις, οι οποίες υποκαθιστούν τα συμβατικά υλικά κατασκευής.

Ετσι, οι «έξυπνες ετικέτες» των ερευνητών είναι πλήρως ανακυκλώσιμες, κάτι που είναι ιδιαίτερο χρήσιμο από τη στιγμή που αναμένεται να χρησιμοποιούνται κατά χιλιάδες. Εξίσου σημαντικό είναι, όμως, το ότι η εκτυπωτική διαδικασία διαρκεί ελάχιστα, είναι απλή και μειώνει το κόστος παραγωγής τους κατά 10–15 φορές συγκριτικά με τις σημερινές τιμές. «Το αργότερο σε μία δεκαετία, η τεχνολογία μας θα μπει σε βιομηχανική παραγωγή», προβλέπει ο Ελληνας επιστήμονας. Ηδη, άλλωστε, η Microsoft σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει τις έξυπνες ετικέτες του Ινστιτούτου για την πιστοποίηση των προϊόντων της, ενώ οι επιστήμονες βρίσκονται σε συνομιλίες με ιαπωνικές εταιρείες, οι οποίες θέλουν να χρησιμοποιήσουν μικροσκοπικούς αισθητήρες για την τηλεπαρακολούθηση ηλικιωμένων και ανθρώπων με προβλήματα υγείας.

Πηγές: kathimerini.gr / adslgr.com / cellular-news.com