Investigadores de la
Universidad Nacional de Singapur (NUS), en colaboración con instituciones
académicas de Japón e Italia, han desarrollado una tecnología revolucionaria
que podría transformar la forma en que alimentamos los dispositivos
electrónicos pequeños. Esta nueva tecnología permite que los dispositivos se
carguen utilizando las ondas de radiofrecuencia (RF) presentes en el entorno,
como las de Wi-Fi, Bluetooth y 5G, eliminando la necesidad de baterías
tradicionales.
¿Qué es una señal RF y
cómo funciona?
Una señal de
radiofrecuencia (RF) es una forma de onda electromagnética que viaja a través
del espacio. Estas ondas tienen frecuencias que van desde unos pocos kilohertz
(kHz) hasta varios gigahercios (GHz). La señal RF se origina a partir de un oscilador
que produce una corriente eléctrica alternante, generando un campo
electromagnético que se convierte en ondas RF cuando se transmite a través de
una antena. Estas ondas se captan mediante antenas, que convierten las ondas
electromagnéticas de vuelta en corriente eléctrica para ser procesada por los
dispositivos electrónicos.
Desde el trabajo
pionero de Guglielmo Marconi en 1895, quien demostró la transmisión de señales
de radio a través del aire, las señales RF han sido fundamentales en el
desarrollo de tecnologías de comunicación, como la radio, la televisión, el
Wi-Fi y el Bluetooth.
Desafíos en la Captura
de Energía RF
El aprovechamiento de
las señales RF para generar energía no es un concepto nuevo, pero ha sido
complicado debido a la baja potencia de estas señales, generalmente inferior a
-20 dBm (decibelios-milivatio, una medida de potencia). Las tecnologías actuales,
como los diodos Schottky, tienen limitaciones en eficiencia debido a problemas
técnicos relacionados con las altas frecuencias de las señales RF.
La Solución:
Rectificadores de Giro a Nanoescala
Para superar estos
desafíos, el equipo de NUS, junto con la Universidad de Tohoku en Japón y la
Universidad de Messina en Italia, ha desarrollado rectificadores de giro a
nanoescala (SR). Estos dispositivos innovadores pueden convertir señales RF en
voltaje de corriente continua (DC) incluso a niveles de potencia extremadamente
bajos.
Los investigadores
diseñaron dos configuraciones principales:
Rectenna con un solo SR:
Funciona con señales RF entre -62 dBm y -20 dBm.
Array de 10 SRs en
serie: Utiliza diez rectificadores para lograr una eficiencia del 7.8% y alta
sensibilidad.
Aplicaciones Prácticas
y Futuras
La tecnología SR ha
demostrado ser capaz de alimentar dispositivos reales, como un sensor de
temperatura y un LED, utilizando solo la energía de las señales RF del
ambiente. Esto tiene un gran potencial para aplicaciones en redes de sensores
inalámbricos y dispositivos del Internet de las Cosas (IoT), especialmente en
lugares remotos donde el reemplazo de baterías es un problema.
Los resultados,
publicados en la revista Nature Electronics, indican que la tecnología SR es
escalable y fácil de integrar en diversos dispositivos de baja potencia que
captan señales RF.
Próximos Pasos y
Colaboraciones
El equipo de NUS está
trabajando en mejorar la eficiencia de la tecnología SR mediante la integración
de antenas en chip y el desarrollo de métodos para conectar varios SRs en serie
y paralelo. Estos avances podrían permitir generar voltajes significativos sin
necesidad de dispositivos adicionales para aumentar el voltaje.
La colaboración con
socios industriales y académicos es clave para avanzar hacia sistemas
inteligentes autosuficientes basados en esta tecnología. Esto podría abrir
nuevas posibilidades en carga inalámbrica y sistemas de detección de señales,
acercándonos a un futuro donde las baterías tradicionales sean menos
necesarias.
El desarrollo de los
rectificadores de giro a nanoescala representa un avance importante en la
captura de energía RF. Esta innovación no solo puede reducir la dependencia de
las baterías, sino que también ofrece aplicaciones prácticas para una amplia
gama de dispositivos electrónicos de baja potencia. A medida que la tecnología
continúa evolucionando, es probable que veamos un impacto significativo en la
eficiencia energética y la sostenibilidad de los dispositivos electrónicos en
el
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