Без проводів і батарей: учені знайшли спосіб отримання електроенергії з мереж 5G

Багато компаній сьогодні працюють над створенням бездротових зарядок. І деяким з них вдалося досягти значних успіхів. Наприклад, Xiaomi розробила систему бездротової зарядки Air Charge, здатну заряджати декілька пристроїв одночасно. Apple отримала патенти на двосторонню бездротову зарядку, інтегровану в панель корпусу MacBook, яка зможе живити iPhone, iPad і Apple Watch. А Корейський інститут передових технологій створив мікроконтролер мозку з бездротовою зарядкою — ця технологія допомагає вченим виявляти і лікувати психічні розлади, залежності, депресію і навіть хворобу Паркінсона.

А нещодавно команда з Технологічного інституту Джорджії анонсувала першу у світі випрямну антену, яка може "збирати" електромагнітну енергію з сигналів 5G і використовувати її для живлення пристроїв, перетворюючи мережі 5G в бездротові електромережі. Примітно, що антена розміром з гральну карту і створили її, надрукувавши на 3D-принтері, передає видання newatlas.com.

Як працює 5G-електрика

Завдяки бездротовому зв'язку в повітря потрапляє багато енергії, і вченим довелося дуже сильно постаратися, щоб зібрати цю енергію в одному місці. Сьогодні існують розробки, що дозволяють перетворювати сигнали Wi-Fi ближньої дії в енергію. Також дослідники експериментують з радіохвилями — вони створили "пастку", у яку потрапляють радіохвилі, що генеруються смартфоном, потім перетворює їх в енергію і живить батарею цього ж смартфона. Таким чином акумулятор пристрою працює на 30% більше.

Але зв'язок 5G відкриває абсолютно нові можливості. "Технологія 5G була розроблена для неймовірно швидкого зв'язку з малою затримкою", — йдеться в останньому дослідженні команди Технологічного інституту Джорджії, опублікованому в журналі Scientific Reports. "Для цього були використані частоти міліметрового діапазону, і Федеральна комісія зв'язку США допустила безпрецедентно високу щільність випромінюваної потужності. Самі того не підозрюючи, архітектори 5G створили бездротову електромережу, здатну забезпечувати живлення пристроїв на відстанях, які набагато перевищують можливості будь-яких аналогічних технологій, що існують сьогодні".

За словами дослідників, збір енергії міліметрового діапазону був можливий протягом деякого часу, але в багатьох випадках це було непрактично, тому що збір енергії на великих відстанях, як правило, вимагає великих випрямних антен (ректен), і чим більші стають ректени, тим більше звужується область їхньої дії. У підсумку ви повинні тримати ректену, спрямовану прямо на джерело енергії хвилі, щоб вона працювала коректно.

Рішення проблеми — лінза Ротмана

Команда вирішила цю проблему за допомогою компонента, званого лінзою Ротмана — гострої пластини в центрі ректени (див. фото). Лінзи Ротмана застосовуються як інструмент, що формує промені і перетворює одиночний, великий, вузькокутовий антенний промінь з високим коефіцієнтом посилення в серію антенних променів, що покривають набагато ширший кут. Наприклад, такі лінзи дозволяють радіолокаційним системам бачити цілі в декількох напрямках без необхідності повертати або переміщати сам радар.

Додавши лінзу Ротмана до ректени, команда отримала гнучку систему збору енергії, яка не залежить від напрямку, отримує енергію з будь-якого напрямку і здатна накопичувати в 21 раз більше енергії, ніж будь-які існуючі на сьогоднішній день аналоги.

Енергія "з повітря"

Команда каже, що ректена здатна збирати близько 6 мікроват, перебуваючи на відстані близько 180 м від 5G-передавача. Цього буде цілком достатньо для живлення ряду невеликих датчиків і пристроїв, особливо якщо мова йде про інтернет-речі. Підключені одне до одного пристрої зможуть харчувати самі себе просто за рахунок збору енергії, яка в іншому випадку була б витрачена даремно. А той факт, що новий дизайн ректени придатний для друку на 3D-принтері, гнучкий і добре працює навіть у зігнутому стані, означає, що він може бути використаний і в переносних пристроях.

"Я працюю над збором енергії традиційним способом протягом, як мінімум, шести років, і більшу частину цього часу мені не здавалося, що є ключ до того, щоб збір енергії працював у реальному світі, через обмеження FCC на викиди енергії", — прокоментував Джиммі Хестер, старший радник лабораторії, технічний директор і співзасновник Atheraxon, дочірнього підприємства Технологічного інституту Джорджії, що розробляє технологію 5G RFID. "Але з появою мереж 5G це дійсно могло б працювати, і ми продемонстрували це. Це дуже цікаво — ми можемо позбутися від батарейок".

"Справа в тому, що 5G буде повсюдно, особливо в містах. Ми зможемо замінити мільйони або навіть десятки мільйонів акумуляторів у таких системах, як смарт-сіті", — сказав Еммануїл Тенцеріс, професор Школи електротехніки та обчислювальної техніки Джорджії.

Тенцеріс пророкує, що бездротове харчування "за запитом" стане наступною великою пропозицією послуг в епоху 5G.