رقاقة مرنة يمكنها تحويل الواي فاي إلى كهرباء

تحويل الواي فاي إلى كهرباء
(Zhang et al./Nature)

تحويل الواي فاي إلى كهرباء هو تقنية ثورية يمكنها أن تغير وجه العالم ، من منا لا يرغب في التخلص من الطريقة التقليدية لشحن هاتفه أو أياً من الأجهزة التي يستخدمها.

طور المهندسون جهازًا مرنًا يحصد الطاقة من اشارات الواي فاي Wi-Fi. ثم يحولها إلى كهرباء يمكن استخدامها في أجهزة الطاقة ، الخالية من الأسلاك والبطاريات.

الجهاز بني على ما يُعرف باسم تقنية ريكتينا rectenna – وهي عبارة عن هوائي معدل – وهو نوع من الهوائي الذي يحول الطاقة الكهرومغناطيسية إلى تيار مباشر (DC).

ليكون الأمر واضحًا ، ليس الجهاز الأول الذي يمكنه تحويل الطاقة من شبكة Wi-Fi إلى كهرباء. كانت الفكرة موجودة منذ بعض الوقت ، واستمر المهندسون في تطويرها .

مثل سائر الأجهزة من هذا النوع تستخدم رقاقة تحويل الواي فاي إلى كهرباء الجديدة هوائيًا للترددات اللاسلكية لالتقاط الموجات الكهرومغناطيسية (مثل تلك التي تنتجها شبكة Wi-Fi) كتيار كهربي متناوب.

يتم إرسال اشارات الواي فاي إلى أشباه موصلات ثنائية الأبعاد لتحويلها إلى تيار مستمر ، وتنتج حوالي 40 ميكرو واط.، صحيح إنه ليس رقماً كبيراً ، ولكنه في الواقع يكفي لتشغيل مصابيح LED أو شرائح رقائق السيليكون.

رقاقة مرنة و سهلة الإستخدام

ولأن رقاقة ريكتينا الجديدة مرنة ، يمكن نشرها على مساحات كبيرة تشبه ورق الجدران ، أو استخدامها في أجهزة صغيرة محمولة مثل الهواتف الذكية المرنة ، وهو مجال سيكون له مستقبل كبير . يمكن استخدام التكنولوجيا حتى في الغرسات الطبية وأجهزة الاستشعار القابلة للطي.

يقول المهندس خيسوس جراجال من جامعة مدريد التقنية: ‘من الناحية المثالية ، لا تريد استخدام البطاريات لتشغيل الأنظمة الطبية ، لأنه إذا ما تسرب الليثيوم ، فقد يموت المريض . من الأفضل حصاد الطاقة من البيئة لتشغيل هذه المختبرات الصغيرة داخل الجسم وتوصيل البيانات إلى أجهزة الكمبيوتر الخارجية.’

ما قام به الفريق لتحسين النموذج القديم هو استخدام مادة مختلفة للمقوم – الجزء الذي يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر.

في النموذج السابق الذي تم تصنيعه من مادة مثل السيليكون أو زرنيخيد الغاليوم ، وهو ليس فقط جامدًا وغير مرن ، ولكنه كان نموذجاً مكلفًا أيضًا .

بينما في الرقاقات المرنة الجديدة ، استخدم الفريق ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2). وهي مادة ذات ثلاث ذرات سميكة ، وعندما تتعرض لمواد كيميائية معينة ، فإنها تفرض انتقالًا طوريًا بين أشباه الموصلات والمواد المعدنية.

وهذا يعني أنه يمكنه التقاط ترددات أعلى من أجهزة التحويل غير المرنة الأخرى ، والتي لا تستطيع التقاط ترددات جيجاهيرتز التي تعمل فيها شبكة Wi-Fi.

وقال المهندس شو تشانغ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: ‘لقد أتاح مثل هذا التصميم جهازًا مرنًا بالكامل سريعًا بما يكفي لتغطية معظم نطاقات الترددات اللاسلكية المستخدمة من قِبل إلكترونياتنا اليومية ، بما في ذلك الواي فاي و البلوتوث و LTE الخلوي وغير ذلك الكثير’. .

التقنية منخفضة التكلفة نسبيًا في المقاييس الأكبر ، لذا يمكن استخدامها لتطبيقات أكبر كثيرًا. يمكن على سبيل المثال لا الحصر تطوير أنظمة إلكترونية تلف حول جسر أو تغطي الطريق السريع بأكمله ، أو جدران المكاتب بحيث يمكننا جلب الذكاء الإلكتروني إلى كل شيء حولنا .

و يعمل الفريق الآن على بناء أنظمة أكبر لتحسين كفاءة هذه الرقاقة التي ربما تساهم في تشكيل مستقبلنا التقني على المدى القريب.

رابط الدراسة المنشورة في مجلة نيتشر

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0892-1

شرح عملي مبسط لتقنية الـ rectenna

Posted in

Mohamed Maher

محمد علي ماهر ، مؤسس لمجلة رؤى، حاصل على بكالوريوس العلوم لكن مجالي هو تصميم المواقع و ما يتعلق بها بالإضافة إلى الكتابة والترجمة لاسيما في المجالات العلمية و التقنية بحكم تخصصي السابق و الحالي .

افتح نقاشاً