Các thiết bị nhỏ như cảm biến ánh sáng và thành phần mạng có thể sớm trở nên tự duy trì năng lượng nhờ vào một công nghệ mới đột phá. Các nhà nghiên cứu đã phát triển thành công một loại “rectenna” (ăng-ten chỉnh lưu) có độ nhạy cao, có khả năng biến các tín hiệu điện từ yếu nhất, như Wi-Fi và Bluetooth, thành điện năng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị.
Rectenna: Khai Thác Năng Lượng Từ Sóng Điện Từ
Rectenna là một thành phần mới có thể nhận các sóng điện từ từ các tín hiệu tần số vô tuyến (RF), như Wi-Fi, Bluetooth và các bước sóng ánh sáng khác. Thiết bị này hoạt động bằng cách thu nhận năng lượng dưới dạng điện xoay chiều (AC) thông qua ăng-ten và sau đó chuyển đổi năng lượng này thành điện một chiều (DC) thông qua mạch chỉnh lưu.
Điều đáng chú ý là các tín hiệu RF xung quanh, như tín hiệu từ mạng Wi-Fi và Bluetooth, thường yếu hơn nhiều so với năng lượng vi sóng và không được hướng trực tiếp đến thiết bị. Đây là lý do tại sao việc khai thác những tín hiệu yếu này đã trở thành một thách thức lớn trong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ mà không cần pin.
Spintronics và Rectenna: Sự Kết Hợp Độc Đáo
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tìm đến một lĩnh vực tiên tiến trong vật lý lượng tử được gọi là “spintronics”. Spintronics nghiên cứu về spin lượng tử của electron và mối liên hệ của nó với từ trường. Các nhà nghiên cứu đã tận dụng các đặc tính của “mối nối đường hầm từ” (MTJ), một thành phần bao gồm một lớp vật liệu cách điện rất mỏng được kẹp giữa hai lớp từ. MTJ thường được sử dụng trong ổ đĩa cứng và một số loại bộ nhớ máy tính khác, nhưng trong nghiên cứu này, MTJ đã được sử dụng để tạo ra điện năng từ tín hiệu RF.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một loạt các “bộ chỉnh lưu spin” (SR) ở cấp độ nano, với kích thước chỉ từ 40 x 100 nanomet vuông đến 80 x 200 nanomet vuông. Các bộ chỉnh lưu này nhạy cảm với các tín hiệu điện từ xung quanh phổ biến như Wi-Fi (tần số 2,4 GHz), 4G (2,3 đến 2,6 GHz) và 5G (3,5 GHz).
Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Nature Electronics, mở ra tiềm năng cung cấp năng lượng cho các thiết bị và cảm biến Internet vạn vật (IoT) bằng cách sử dụng một phần nhỏ tín hiệu RF dư thừa mà chúng sử dụng để giao tiếp với nhau. Điều này không chỉ có thể giảm chi phí vận hành mà còn giảm sự phụ thuộc vào pin và mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị nhỏ.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng công nghệ này có thể giúp giảm chi phí carbon khi vận hành mạng không dây và tạo ra một bước tiến lớn trong việc phát triển các thiết bị IoT tự cung cấp năng lượng. Điều này sẽ tạo ra một kỷ nguyên mới cho các thiết bị thông minh, nơi mà năng lượng có thể được thu thập từ môi trường xung quanh, giúp chúng hoạt động liên tục mà không cần đến nguồn năng lượng truyền thống.
Địa phương nào có số lượng thuê bao di chuyển về nhiều nhất trong dịp lễ 2/9/2024
