Bayangkan sebuah dunia di mana smartphone, laptop, perangkat yang dapat dikenakan, dan perangkat elektronik lainnya berjalan tanpa baterai. Para peneliti di Massachusetts Institute of Technology telah mengambil langkah ke arah ini dengan merilis perangkat pertama yang sepenuhnya fleksibel yang dapat mengubah energi dari sinyal Wi-Fi menjadi listrik menjadi daya elektronik.
Apa itu rectenna
Rectenna adalah perangkat yang mengubah gelombang elektromagnetik arus bolak-balik menjadi arus searah. Peneliti mendeskripsikan spesies baru di jurnal Nature. Ini menggunakan antena frekuensi radio fleksibel yang menangkap gelombang elektromagnetik, termasuk Wi-Fi. Ini terhubung ke semikonduktor dua dimensi dengan ketebalan beberapa atom. Arus bolak-balik mengalir ke semikonduktor, yang mengubahnya menjadi arus searah, yang memungkinkan Anda menyalakan sirkuit elektronik atau mengisi baterai.
Dengan demikian, perangkat secara pasif menangkap dan mengubah sinyal Wi-Fi menjadi DC. Ini fleksibel dan dapat diproduksi dalam gulungan untuk menutupi area yang luas.
Cara Baru untuk Memberdayakan Internet of Things
“Bagaimana jika kita membuat sistem elektronik yang membungkus jembatan, atau menutupi seluruh jalan raya atau dinding kantor dan memberikan kecerdasan elektronik ke segala sesuatu yang mengelilingi kita? Bagaimana kita memberdayakan semua elektronik ini? Minta rekan penulis Thomas Palacios, profesor di Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer dan direktur Pusat Perangkat Grafena dan Sistem 2D di Laboratorium Teknologi Sistem Mikro. “Kami telah menemukan cara baru untuk memberdayakan sistem elektronik di masa depan, memanfaatkan energi Wi-Fi dengan cara yang dapat dengan mudah diintegrasikan ke area yang luas sehingga semua objek di sekitar kita memperoleh kecerdasan.”
Video promosi:
Aplikasi awal yang menjanjikan untuk rectenna yang diusulkan termasuk menyalakan elektronik yang fleksibel dan dapat dikenakan, perangkat medis, dan sensor IoT. Ponsel cerdas fleksibel, misalnya, adalah pasar baru yang panas bagi perusahaan teknologi besar. Perangkat eksperimental menghasilkan daya sekitar 40 μW saat terpapar tingkat daya sinyal Wi-Fi biasa (sekitar 150 μW). Ini lebih dari cukup untuk menerangi layar ponsel sederhana atau cip daya.
Aplikasi dalam pengobatan
Menurut seorang peneliti di Universitas Teknik Madrid, Jesús Grajal, salah satu aplikasi yang mungkin dari pengembangan tersebut adalah untuk menyediakan transmisi data untuk perangkat medis implan. Misalnya pil yang akan mentransfer data tentang kesehatan pasien ke komputer untuk diagnosis selanjutnya.
“Berbahaya menggunakan baterai untuk menyalakan sistem ini karena jika litium bocor, pasien akan meninggal,” kata Grahal. "Jauh lebih baik untuk memanen energi dari lingkungan untuk memberi daya pada laboratorium kecil di dalam tubuh dan mengirimkan data ke komputer eksternal."
Penyearah fleksibel
Semua rectennas mengandalkan komponen yang disebut "penyearah" yang mengubah AC ke DC. Dalam rectennas tradisional, penyearah terbuat dari silikon atau gallium arsenide. Bahan-bahan ini dapat mencakup frekuensi Wi-Fi, tetapi tangguh. Meskipun relatif murah untuk digunakan membuat perangkat kecil, menutupi area yang luas seperti permukaan bangunan dan dinding akan sangat mahal. Peneliti telah lama mencoba untuk memecahkan masalah ini. Tetapi beberapa rectennas fleksibel yang telah dilaporkan sejauh ini beroperasi pada frekuensi rendah dan tidak dapat menangkap dan mengubah sinyal gigahertz, seperti kebanyakan sinyal telepon seluler dan Wi-Fi.
Untuk membuat penyearahnya, para peneliti menggunakan bahan dua dimensi baru, molibdenum disulfida (MoS2), yang, pada ketebalan 3 atom, merupakan salah satu perangkat semikonduktor tertipis di dunia. Tim tersebut menggunakan perilaku MoS2 yang tidak biasa: ketika terpapar bahan kimia tertentu, atom-atom material tersebut mengatur ulang sedemikian rupa sehingga bertindak sebagai sakelar, menyebabkan transisi fase dari semikonduktor ke material logam. Struktur ini dikenal sebagai dioda Schottky.
“Dengan membuat MoS2 dalam transisi fase logam-semikonduktor 2D, kami membangun dioda Schottky yang tipis dan sangat cepat yang secara bersamaan meminimalkan resistansi seri dan kapasitansi parasit,” kata penulis proyek Xu Zhang.
Kapasitansi parasit tidak bisa dihindari dalam elektronik. Beberapa bahan menghasilkan muatan listrik kecil yang memperlambat sirkuit. Akibatnya, kapasitansi yang lebih rendah berarti kecepatan penyearah yang lebih tinggi dan frekuensi pengoperasian yang lebih tinggi. Kapasitansi parasit dioda Schottky adalah urutan besarnya kurang dari penyearah fleksibel modern, sehingga mengubah sinyal lebih cepat dan memungkinkan Anda untuk menangkap dan mengubah hingga 10 GHz.
“Desain ini memiliki perangkat yang sepenuhnya fleksibel yang cukup cepat untuk mencakup sebagian besar pita frekuensi radio yang digunakan oleh elektronik sehari-hari, termasuk Wi-Fi, Bluetooth, LTE seluler, dan banyak lagi,” kata Zhang.
Efektivitas rectenna fleksibel
Dalam karya yang dijelaskan, gambar perangkat fleksibel berkinerja tinggi lainnya diusulkan. Efisiensi keluaran maksimum dari perangkat saat ini rata-rata 40% dan bergantung pada daya Wi-Fi. Penyearah MoS2 memiliki efisiensi tipikal 30%. Sebagai referensi, efisiensi rectennas yang terbuat dari silikon atau gallium arsenide yang lebih keras dan lebih mahal mencapai 50-60%.
Tim pengembang sekarang berencana untuk membangun sistem yang lebih kompleks dan meningkatkan efisiensi teknologi.
Penulis: Sergey Prots
