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

прототип пристрій витягає енергію з систем бездротового зв'язку 5G з повітря і перетворювати її в електрику
Фото: Christopher Moore, Georgia Tech

Дослідникам вдалося створити антену, здатну збирати електромагнітну енергію з сигналів 5G і використовувати її для харчування гаджетів.

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.

5G, енергія, лінза Ротмана
Принцип роботи лінзи Ротмана і застосування лінзи в конструкції ректени
Фото: Georgia Tech

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.

Використання мережі 5G для бездротового харчування пристроїв IoT

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.