Без проводов и батареек: ученые нашли способ получения электроэнергии из сетей 5G

Многие компании сегодня работают над созданием беспроводных зарядок. И некоторым из них удалось достичь значительных успехов. К примеру, Xiaomi разработала систему беспроводной зарядки Air Charge, способную заряжать несколько устройств одновременно. Apple получила патенты на двустороннюю беспроводную зарядку, интегрированную в панель корпуса MacBook, которая сможет питать iPhone, iPad и Apple Watch. А Корейский институт передовых технологий создал микроконтроллер мозга с беспроводной зарядкой — эта технология помогает ученым выявлять и лечить психические расстройства, зависимости, депрессию и даже болезнь Паркинсона.

А недавно команда из Технологического института Джорджии анонсировала первую в мире выпрямляющую антенну, которая может "собирать" электромагнитную энергию из сигналов 5G и использовать ее для питания устройств, превращая сети 5G в беспроводные электросети. Примечательно, что антенна — размером с игральную карту и создали ее, напечатав на 3D-принтере, передает издание newatlas.com.

Как работает 5G-электричество

Благодаря беспроводной связи в воздух попадает много энергии, и ученым пришлось очень сильно постараться, чтобы собрать эту энергию в одном месте. Сегодня существуют разработки, позволяющие преобразовывать сигналы Wi-Fi ближнего действия в энергию. Также исследователи экспериментируют с радиоволнами — они создали "ловушку", в которую попадают радиоволны, генерируемые смартфоном, затем преобразовывает их в энергию и питает батарею этого же смартфона. Таким образом аккумулятор устройства работает на 30% больше.

Но связь 5G открывает совершенно новые возможности. "Технология 5G была разработана для невероятно быстрой связи с малой задержкой", — говорится в последнем исследовании команды Технологического института Джорджии, опубликованном в журнале Scientific Reports. "Для этого были использованы частоты миллиметрового диапазона, и Федеральная комиссия связи США допустила беспрецедентно высокую плотность излучаемой мощности. Сами того не подозревая, архитекторы 5G создали беспроводную электросеть, способную обеспечивать питание устройств на расстояниях, намного превышающих возможности любых аналогичных технологий, существующих сегодня".

По словам исследователей, сбор энергии миллиметрового диапазона был возможен в течение некоторого времени, но во многих случаях это было непрактично, потому что сбор энергии на больших расстояниях, как правило, требует больших выпрямляющих антенн (ректенн), и чем больше становятся ректенны, тем больше сужается область их действия. В итоге, вы должны держать ректенну направленной прямо на источник энергии волны, чтобы она работала корректно.

Решение проблемы — линза Ротмана

Команда решила эту проблему с помощью компонента, называемого линзой Ротмана — остроконечной пластины в центре ректенны (см. фото). Линзы Ротмана применяются в качестве инструмента, формирующего лучи и превращающего одиночный, большой, узкоугольный антенный луч с высоким коэффициентом усиления в серию антенных лучей, покрывающих гораздо более широкий угол. Например, такие линзы позволяют радиолокационным системам видеть цели в нескольких направлениях без необходимости поворачивать или перемещать сам радар.

Добавив линзу Ротмана к ректенне, команда получила гибкую систему сбора энергии, которая не зависит от направления, получает энергию с любого направления и способна накапливать в 21 раз больше энергии, чем любые существующие на сегодняшний день аналоги.

Энергия "из воздуха"

Команда говорит, что ректенна способна собирать около 6 микроватт, находясь на расстоянии около 180 м от 5G-передатчика. Этого будет более чем достаточно для питания ряда небольших датчиков и устройств, особенно если речь идет об Интернете вещей. Подключенные друг к другу устройства смогут питать сами себя просто за счет сбора энергии, которая в противном случае была бы потрачена впустую. А тот факт, что новый дизайн ректенны пригоден для печати на 3D-принтере, гибок и хорошо работает даже в изогнутом состоянии, означает, что он может быть использован и в носимых устройствах.

"Я работаю над сбором энергии традиционным способом в течение как минимум шести лет, и большую часть этого времени мне не казалось, что есть ключ к тому, чтобы сбор энергии работал в реальном мире, из-за ограничений FCC на выбросы энергии", — прокомментировал Джимми Хестер, старший советник лаборатории, технический директор и соучредитель Atheraxon, дочернего предприятия Технологического института Джорджии, разрабатывающего технологию 5G RFID. "Но с появлением сетей 5G это действительно могло бы работать, и мы продемонстрировали это. Это очень интересно — мы можем избавиться от батареек".

"Дело в том, что 5G будет повсеместно, особенно в городах. Мы сможем заменить миллионы или даже десятки миллионов аккумуляторов в таких системах, как смарт-сити", — сказал Эммануил Тенцерис, профессор Школы электротехники и вычислительной техники Джорджии.

Тенцерис предсказывает, что беспроводное питание "по запросу" станет следующим крупным предложением услуг в эпоху 5G. 

Ранее стало известно, что дефицит чипов может привести к расколу в сфере электроники.