Les ingénieurs récoltent les signaux Wi-Fi pour alimenter les petits appareils électroniques

Les ingénieurs récoltent les signaux Wi-Fi pour alimenter les petits appareils électroniques

La percée de la recherche a été réalisée par une équipe dirigée par le professeur Yang Hyunsoo (à gauche). Le Dr Raghav Sharma (à droite), le premier auteur de l’article, tient une puce intégrée avec environ 50 oscillateurs à couple de rotation. Crédit: Université nationale de Singapour

Avec l’avènement de l’ère numérique, la quantité de sources Wi-Fi pour transmettre des informations sans fil entre les appareils a augmenté de façon exponentielle. Cela se traduit par une utilisation généralisée de la fréquence radio de 2,4 GHz utilisée par le Wi-Fi, avec des signaux excédentaires disponibles pour être exploités pour des utilisations alternatives.

Pour exploiter cette source d’énergie sous-utilisée, une équipe de recherche de l’Université nationale de Singapour (NUS) et de l’Université japonaise de Tohoku (TU) a développé une technologie qui utilise de minuscules appareils intelligents appelés oscillateurs à couple de rotation (STO) pour récolter et convertir les fréquences radio sans fil en énergie pour alimenter les petits appareils électroniques. Dans leur étude, les chercheurs ont réussi à récolter de l’énergie en utilisant des signaux de bande Wi-Fi pour alimenter une diode électroluminescente (LED) sans fil, et sans utiliser de batterie.

«Nous sommes entourés de signaux Wi-Fi, mais lorsque nous ne les utilisons pas pour accéder à Internet, ils sont inactifs, et c’est un énorme gaspillage. Notre dernier résultat est un pas vers la transformation des ondes radio 2,4 GHz facilement disponibles en un source d’énergie verte, réduisant ainsi le besoin de piles pour alimenter l’électronique que nous utilisons régulièrement. De cette manière, les petits gadgets et capteurs électriques peuvent être alimentés sans fil en utilisant des ondes de radiofréquence dans le cadre de l’Internet des objets. maisons et villes, notre travail pourrait donner lieu à des applications écoénergétiques dans les systèmes de communication, d’informatique et de neuromorphie », a déclaré le professeur Yang Hyunsoo du département de génie électrique et informatique de la NUS, qui a dirigé le projet.

La recherche a été menée en collaboration avec l’équipe de recherche du professeur Guo Yong Xin, également du département de génie électrique et informatique de la NUS, ainsi qu’avec le professeur Shunsuke Fukami et son équipe de TU. Les résultats ont été publiés dans Communications de la nature le 18 mai 2021.

Conversion des signaux Wi-Fi en énergie utilisable

Les oscillateurs à couple de rotation sont une classe de dispositifs émergents qui génèrent des micro-ondes et ont des applications dans les systèmes de communication sans fil. Cependant, l’application des STO est entravée en raison d’une faible puissance de sortie et d’une large bande passante.

Alors que la synchronisation mutuelle de plusieurs STO est un moyen de surmonter ce problème, les schémas actuels, tels que le couplage magnétique à courte portée entre plusieurs STO, ont des restrictions spatiales. En revanche, la synchronisation électrique à longue portée utilisant des oscillateurs vortex est limitée dans des réponses en fréquence de seulement quelques centaines de MHz. Il nécessite également des sources de courant dédiées pour les STO individuels, ce qui peut compliquer la mise en œuvre globale sur puce.

Pour surmonter les limitations spatiales et basses fréquences, l’équipe de recherche a mis au point un réseau dans lequel huit STO sont connectés en série. À l’aide de ce réseau, les ondes radio électromagnétiques de 2,4 GHz utilisées par le Wi-Fi ont été converties en un signal de tension continue, qui a ensuite été transmis à un condensateur pour allumer une LED de 1,6 volts. Lorsque le condensateur a été chargé pendant cinq secondes, il a pu allumer la même LED pendant une minute après la coupure de l’alimentation sans fil.

Dans leur étude, les chercheurs ont également souligné l’importance de la topologie électrique pour la conception de systèmes STO sur puce et ont comparé la conception en série avec celle en parallèle. Ils ont constaté que la configuration parallèle est plus utile pour la transmission sans fil en raison d’une meilleure stabilité dans le domaine temporel, du comportement du bruit spectral et du contrôle de la discordance d’impédance. D’autre part, les connexions en série présentent un avantage pour la récupération d’énergie en raison de l’effet additif de la tension de diode des STO.

Commentant l’importance de leurs résultats, le Dr Raghav Sharma, le premier auteur de l’article, a déclaré: «En plus de proposer un réseau STO pour la transmission sans fil et la récupération d’énergie, nos travaux ont également démontré le contrôle de l’état de synchronisation des STO couplés. utilisant le verrouillage par injection à partir d’une source radiofréquence externe. Ces résultats sont importants pour les applications prospectives des STO synchronisés, comme le calcul neuromorphique à vitesse rapide. « 

Prochaines étapes

Pour améliorer la capacité de récupération d’énergie de leur technologie, les chercheurs cherchent à augmenter le nombre de STO dans le réseau qu’ils avaient conçu. En outre, ils prévoient de tester leurs récupérateurs d’énergie pour charger sans fil d’autres appareils électroniques et capteurs utiles.

L’équipe de recherche espère également travailler avec des partenaires de l’industrie pour explorer le développement de STO sur puce pour les systèmes intelligents autonomes, ce qui peut ouvrir des possibilités pour les systèmes de charge sans fil et de détection de signaux sans fil.


Les chercheurs récupèrent l’énergie des ondes radio pour alimenter des appareils portables


Plus d’information:
Raghav Sharma et coll. Réseau d’oscillateurs à couple de rotation connectés électriquement pour une transmission en bande WiFi 2,4 GHz et une récupération d’énergie, Communications de la nature (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-23181-1

Fourni par l’Université nationale de Singapour

Citation: Les ingénieurs récoltent des signaux Wi-Fi pour alimenter les petits appareils électroniques (2021, 18 mai) récupéré le 18 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-harvest-wi-fi-power-small-electronics.html

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