Nuevo dispositivo obtiene energía de señales 5G tomadas desde el aire

El corazón de su innovación es un dispositivo especial. Ayuda a recopilar señales inalámbricas enviadas por torres de telefonía celular. Llamado lente Rotman, el dispositivo se parece un poco a una araña de metal plana. “Estábamos tan emocionados. Sabía que iba a funcionar ”, recuerda Eid. Es estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica en el Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta.

Hester es cofundadora de la empresa de tecnología Atheraxon. También está en Atlanta. Él y Eid compartieron la idea con su profesor, Manos M. Tentzeris. "Esa fue una solución revolucionaria", dice Tentzeris. Los tres describieron su nuevo dispositivo el 12 de enero en Scientific Reports .

La tarántula

La recolección de energía inalámbrica no funciona bien a largas distancias. Es un problema que la ingeniera eléctrica Hina Tabassum también conoce bien. En la Universidad de York en Toronto, Canadá, también trabaja en este problema.

Las ondas de radio y las microondas transportan datos desde las torres de telefonía celular a nuestros teléfonos y otros dispositivos. El área que cubre cada torre se llama celda. Su teléfono celular se comunica con la torre más cercana para intercambiar datos. Las primeras redes celulares usaban ondas de radio para enviar y recibir datos. Las redes 5G más nuevas ahora usan microondas de mayor frecuencia. Estas ondas pueden transportar más datos y transmitirlos más rápido. Si bien eso puede ayudar a ahorrar energía, estas olas no llegan tan lejos. Eso es porque los edificios y otros objetos los bloquean. La humedad de la atmósfera también los absorbe, reduciendo su fuerza cuanto más lejos viajan.

Cuando las ondas de energía bañan un teléfono u otro dispositivo, dejan datos y luego continúan su camino. La energía que se había utilizado para transportar esos datos ahora no sirve de nada. Es un desperdicio, dice Tentzeris, a menos que el nuevo dispositivo lo transforme en electricidad.

Este aprovechamiento de energía es posible en todo el espectro electromagnético. Pero "no se puede obtener mucha potencia de las bajas frecuencias", dice Eid. El 5G de rango milimétrico es emocionante porque las torres celulares usan mucha más energía para explotar estas altas frecuencias. Entonces, una antena recolectora podría obtener más electricidad de estas señales.

Una torre 5G típica envía señales de microondas a unos 180 metros (590 pies). Para recolectar su energía del borde de esta distancia, una antena receptora debe apuntar exactamente en la misma dirección de donde vienen las ondas. Sin embargo, para ser práctico, señala Eid, un recolector de energía 5G debería funcionar desde cualquier lugar dentro de una celda 5G y sin importar hacia dónde apunte el receptor. Eid y Hester habían estado reflexionando sobre cómo recolectar energía desde tal distancia y desde muchas direcciones diferentes.

Resolvieron el problema con esa lente Rotman. Estos han existido durante mucho tiempo. Pero los ingenieros solo los habían utilizado para enviar señales, no para recibirlas. Dice Tabassum, usarlos como receptor es "una nueva tecnología, seguro".

La lente se parece un poco a una tarántula de metal aplanada. Las "patas" de araña se extienden desde dos lados de un cuerpo central. Por un lado, estas patas conducen a ocho pequeñas antenas. En el otro lado, conducen a seis puertos de haz. Las antenas captan las microondas y las enfocan en un solo punto en uno de esos puertos de haz, el que se alinee mejor con la dirección de las ondas entrantes. Otra parte del dispositivo transforma las microondas que recibe en energía eléctrica.

Los seis puertos de haz son como seis de los ocho ojos en la cabeza de una tarántula real. Con ellos, dice Eid, "nuestro sistema también puede mirar en seis direcciones diferentes".

Los investigadores probaron su dispositivo en el laboratorio a una distancia de 2,8 metros (9 pies). No pudieron probarlo con las mismas altas energías que usaría una torre 5G. Pero reunieron suficiente información para simular cómo debería funcionar el dispositivo en el mundo real. A 180 metros, informan ahora, este dispositivo podría entregar seis microvatios de potencia.

A Tabassum le preocupa que esta estimación sea demasiado alta. Su principal preocupación es que cosas como edificios, árboles y personas bloqueen las señales, limitando la cantidad de esta energía que llega a un dispositivo.

Tentzeris dice que su equipo tuvo en cuenta eso. El equipo de Georgia Tech ahora planea probar el dispositivo a distancias aún más largas.

Internet de las cosas

Seis microvatios no es mucha potencia. La carga de la batería típica de uno de los teléfonos móviles actuales necesita alrededor de 6 millones de microvatios (6 vatios) de potencia. Aún así, la nueva invención tendría suficiente potencia para ejecutar la mayoría de los sensores y microchips.

A medida que surge el Internet de las cosas, los sensores y microchips se están extendiendo por todas partes. La electrónica de baja potencia puede medir la calidad del aire o del suelo. Pueden controlar los aspectos de seguridad de puentes o edificios. Pueden controlar la calefacción o la iluminación de un hogar e incluso realizar un seguimiento de la salud de alguien. Pero las baterías que alimentan estos dispositivos electrónicos contienen metales pesados ​​que no son fáciles de fabricar ni de eliminar de forma segura. Encontrar una forma de alimentar el Internet de las cosas sin baterías sería bueno para el medio ambiente, dice Eid.

Su equipo descubrió cómo fabricar su nuevo dispositivo a bajo costo, principalmente mediante el uso de una impresora de inyección de tinta. Esperan comenzar a comercializarlo como producto en los próximos años.

¿Lo llamarán "La Tarántula"? Probablemente no. Pero Eid dice que tiene algo más en común con las arañas. “Una tarántula puede trepar a cualquier parte”, dice Eid. El dispositivo es ligero y flexible. Puede colocarlo en cualquier lugar que desee, como una pegatina, ¡una pegatina muy especial del tamaño de un naipe que capta la energía del aire!