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#Novedades de la industria
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Convertir señales del Wi-Fi a la electricidad con los nuevos 2.os materiales
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Imagínese un mundo donde los smartphones, los ordenadores portátiles, los wearables, y la otra electrónica se accionan sin las baterías. Los investigadores han tomado una medida en esa dirección, con el primer dispositivo completamente flexible que puede convertir energía de señales del Wi-Fi en la electricidad que podría accionar electrónica.
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Los dispositivos que convierten ondas electromagnéticas de la CA en la electricidad de DC se conocen como “rectificadores-antena.” Los investigadores demuestran una nueva clase de rectificador-antena, describieron en un estudio que aparece en la naturaleza, de que utilizan una antena flexible de la radiofrecuencia (RF) que capture ondas electromagnéticas -- incluyendo ésos Wi-Fi que lleva -- como formas de onda de la CA.
La antena entonces está conectada con un dispositivo nuevo hecho fuera de un semiconductor bidimensional apenas algunos átomos densamente. La señal de la CA viaja en el semiconductor, que la convierte en un voltaje de DC que se podría utilizar para accionar los circuitos electrónicos o las baterías de la recarga.
De esta manera, el dispositivo batería-libre captura y transforma pasivo señales ubicuas del Wi-Fi en la corriente continua útil. Por otra parte, el dispositivo es flexible y se puede fabricar en un proceso del rollo-a-rollo para cubrir mismas áreas extensas.
¿“Qué si podríamos desarrollar los sistemas electrónicos que envolvemos alrededor de un puente o cubrimos una carretera entera, o las paredes de nuestra oficina y traer inteligencia electrónica todo alrededor de nosotros? Cómo usted proporciona la energía para esos electrónica?” dice al co-autor Tomás Palacios del papel, un profesor en el departamento de ingeniería eléctrica y de informática y el director del centro de MIT/MTL para los dispositivos de Graphene y los 2.os sistemas en los laboratorios de la tecnología de los microsistemas. “Hemos subido con una nueva manera de accionar los sistemas de la electrónica del futuro -- cosechando energía del Wi-Fi de una manera que se integra fácilmente en áreas extensas -- para traer inteligencia a cada objeto alrededor de nosotros.”
Los usos tempranos prometedores para el rectificador-antena propuesto incluyen accionar electrónica, los aparatos médicos, y los sensores flexibles y usables para “Internet de cosas.” Los smartphones flexibles, por ejemplo, son un nuevo mercado caliente para las empresas de tecnología importantes. En experimentos, el dispositivo de los investigadores puede producir cerca de 40 microvatios un poder cuando está expuesto a los niveles de poder típicos de señales del Wi-Fi (alrededor 150 microvatios). Ése es bastante poder de encender para arriba una exhibición móvil simple o chipes de silicio.
Otro uso posible está accionando las comunicaciones de datos de aparatos médicos implantables, dice al co-autor Jesús Grajal, investigador en la universidad técnica de Madrid. Por ejemplo, los investigadores están comenzando a desarrollar las píldoras que se pueden tragar por los pacientes y los datos de la salud de la corriente de nuevo a un ordenador para los diagnósticos.
“Usted no quiere idealmente utilizar las baterías para accionar estos sistemas, porque si se escapan el litio, el paciente podría morir,” Grajal dice. “Es mucho mejor cosechar energía del ambiente para accionar para arriba estos pequeños laboratorios dentro del cuerpo y para comunicar datos a los ordenadores externos.”
Todos los rectificadores-antena confían en un componente conocido como “rectificador,” que convierte la señal de entrada de la CA en la corriente continua. Los rectificadores-antena tradicionales utilizan el silicio o el arseniuro de galio para el rectificador. Estos materiales pueden cubrir la banda del Wi-Fi, pero son rígidos. Y, aunque usar estos materiales para fabricar los pequeños dispositivos sea relativamente barato, usando ellos cubrir áreas extensas, tales como las superficies de edificios y de paredes, sea coste-prohibitivo. Los investigadores han estado intentando fijar estos problemas durante mucho tiempo. Pero los pocos rectificadores-antena flexibles divulgados hasta ahora actúan en las frecuencias bajas y no pueden capturar y convertir señales en frecuencias del gigahertz, donde la mayor parte de están el teléfono celular y las señales relevantes del Wi-Fi.
Para construir su rectificador, los investigadores utilizaron un 2.o disulfuro de molibdeno llamado material nuevo (MoS2), que en tres átomos es densamente uno de los semiconductores más finos del mundo. De este modo, el equipo apalancado un comportamiento singular de MoS2: Cuando están expuestos a ciertas sustancias químicas, los átomos del material cambian de una manera que actúe como un interruptor, forzando una transición de fase de un semiconductor a un material metálico. Esta estructura se conoce como diodo de Schottky, que es el empalme de un semiconductor con un metal.
“Dirigiendo MoS2 en un 2.o empalme semiconductor-metálico de la fase, construimos un diodo atómico fino, ultrarrápido de Schottky que minimiza simultáneamente la resistencia de serie y la capacitancia parásita,” decimos el primer autor y el postdoc Xu Zhang de EECS, que pronto se unirán a Carnegie Mellon University como profesor adjunto.
La capacitancia parásita es una situación inevitable en la electrónica donde ciertos materiales almacenan una pequeña carga eléctrica, que retrasa el circuito. Una capacitancia más baja, por lo tanto, significa velocidades crecientes del rectificador y frecuencias de funcionamiento más altas. La capacitancia parásita del diodo de Schottky de los investigadores es rectificadores flexibles avanzados que de hoy más pequeños de un orden de magnitud, así que es mucho más rápida en la conversión de señal y permite que capture y que convierta hasta 10 gigahertz de señales inalámbricas.
“Tal diseño ha permitido un dispositivo completamente flexible que es bastante rápido cubrir la mayor parte de las bandas de la radiofrecuencia usadas por nuestra electrónica diaria, incluyendo Wi-Fi, Bluetooth, LTE celular, y muchos otros,” Zhang dice.
El trabajo divulgado provee de los modelos para otros dispositivos flexibles de la Wi-Fi-a-electricidad salida y eficacia sustanciales. La eficacia de salida máxima para el dispositivo actual se coloca en el 40 por ciento, dependiendo de la energía de entrada de la entrada del Wi-Fi. En el nivel de poder típico del Wi-Fi, la eficacia de poder del rectificador MoS2 es el cerca de 30 por ciento. Para la referencia, los mejores rectificadores-antena de hoy del arseniuro del silicio y de galio hechos del arseniuro rígido, más costoso del silicio o de galio alcanzan el alrededor 50 a 60 por ciento.
Hay 15 otros co-autores de papel del MIT, de la universidad técnica de Madrid, del laboratorio de investigación de ejército, de la universidad de Charles III de Madrid, de la universidad de Boston, y de la Universidad de California del Sur.
El equipo ahora está planeando construir sistemas más complejos y mejorar eficacia. El trabajo fue hecho posible, en parte, por una colaboración con la universidad técnica de Madrid con las iniciativas internacionales de la ciencia y de la tecnología del MIT (MISTI). También fue apoyado parcialmente por el instituto para el soldado Nanotechnologies, el laboratorio de investigación de ejército, el centro del National Science Foundation para los materiales integrados de Quantum, y la oficina de la fuerza aérea de la investigación científica.