Desarrollan antena que convierte las ondas de radio ambientales en energía eléctrica

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La tecnología podría hacer posible el uso de emisiones de radio de redes de telefonía celular para alimentar sensores y LED de forma inalámbrica.

Investigadores han desarrollado una nueva antena basada en una metasuperficie que representa un paso importante para que sea práctico recolectar energía de las ondas de radio, como las que se usan en las redes de telefonía celular o las conexiones Bluetooth.

Esta tecnología podría potencialmente proporcionar energía inalámbrica a sensores, LED y otros dispositivos simples con bajos requisitos de energía.

“Al eliminar las conexiones por cable y las baterías, estas antenas podrían ayudar a reducir costos, mejorar la confiabilidad y hacer que algunos sistemas eléctricos sean más eficientes”, dijo el líder del equipo de investigación, Jiangfeng Zhou, de la Universidad del Sur de Florida.

“Esto sería útil para alimentar sensores domésticos inteligentes, como los que se usan para la temperatura, la iluminación y el movimiento, o los sensores que se usan para monitorear la estructura de edificios o puentes, donde reemplazar una batería puede ser difícil o imposible”.

Los investigadores informan que las pruebas de laboratorio de su nueva antena mostraron que puede recolectar 100 microvatios de potencia, suficiente para alimentar dispositivos simples, a partir de ondas de radio de baja potencia.

Esto fue posible porque el metamaterial utilizado para fabricar la antena presenta una absorción perfecta de las ondas de radio y fue diseñado para trabajar con intensidades bajas.

“Aunque se necesita más trabajo para miniaturizar la antena, nuestro dispositivo cruza un umbral clave de 100 microvatios de energía recolectada con alta eficiencia utilizando los niveles de energía ambiental que se encuentran en el mundo real”, dijo Clayton Fowler, miembro del equipo que fabricó la muestra y realizó las medidas.

“La tecnología también podría adaptarse para que se pueda proporcionar una fuente de ondas de radio para alimentar o cargar dispositivos en una habitación”.

Los científicos han estado tratando de capturar la energía de las ondas de radio durante bastante tiempo, pero ha sido difícil obtener suficiente energía para que sea útil.

Esto está cambiando gracias al desarrollo de metamateriales y al número cada vez mayor de fuentes ambientales de energía de radiofrecuencia disponibles, como redes de telefonía celular, Wi-Fi, GPS y señales de Bluetooth.

“Con la enorme explosión de las tecnologías basadas en ondas de radio, habrá muchas emisiones electromagnéticas de desecho que podrían recolectarse”, dijo Zhou.

“Esto, combinado con los avances en metamateriales, ha creado un entorno propicio para nuevos dispositivos y aplicaciones que podrían beneficiarse de la recolección de esta energía residual y su uso”.

Los metamateriales utilizan estructuras pequeñas y cuidadosamente diseñadas para interactuar con la luz y las ondas de radio de una forma en que no lo hacen los materiales naturales.

Para hacer la antena de recolección de energía, los investigadores utilizaron un metamaterial diseñado para una alta absorción de ondas de radio y que permite que fluya un voltaje más alto a través del diodo del dispositivo.

Esto mejoró su eficiencia para convertir las ondas de radio en energía, particularmente a baja intensidad.

Para las pruebas de laboratorio del dispositivo, que medía 16 cm por 16 cm, los investigadores midieron la cantidad de energía recolectada mientras cambiaban la potencia y la frecuencia de una fuente de radio entre 0,7 y 2,0 GHz.

Demostraron la capacidad de recolectar 100 microvatios de potencia de ondas de radio con una intensidad de solo 0,4 microvatios por centímetro cuadrado, aproximadamente el nivel de intensidad de las ondas de radio a 100 metros de una torre de telefonía celular.

“También colocamos un teléfono celular muy cerca de la antena durante una llamada telefónica y capturó suficiente energía para encender un LED durante la llamada”, dijo Zhou.

“Aunque sería más práctico recolectar energía de las torres de telefonía celular, esto demostró las capacidades de captura de energía de la antena”.

Debido a que la versión actual de la antena es mucho más grande que la mayoría de los dispositivos que podría alimentar, los investigadores están trabajando para hacerla más pequeña.

También les gustaría hacer una versión que pudiera recolectar energía de múltiples tipos de ondas de radio simultáneamente para poder recolectar más energía.

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