Un nouvel appareil flexible peut transformer les signaux Wi-Fi en électricité

• Un nouveau type de rectenna constitué d'un fin semi-conducteur bidimensionnel peut convertir les signaux Wi-Fi en électricité.
• Les chercheurs ont pu générer 40 microwatts de puissance lorsqu'ils ont exposé la rectenna à des signaux Wi-Fi normaux.
• C'est plus que suffisant pour alimenter des puces en silicium ou allumer une LED.

La transmission d'énergie sans fil remonte à la fin du XIXe siècle, lorsque Nikola Tesla travaillait sur des méthodes de transfert d'énergie électrique sans fil. Quelques années plus tard, un inventeur italien Guglielmo Marconi a inventé le premier système de télégraphie sans fil complet et à succès commercial.

Des récupérateurs d'énergie radiofréquence efficaces ont été mis en place plus tard (au milieu du 20e siècle) sur des substrats rigides comme le silicium. Cependant, il a été très difficile d'étendre cette technologie aux systèmes électroniques utilisés quotidiennement. Bien qu'une large gamme de semi-conducteurs flexibles ait été analysée pour permettre une détection vraiment omniprésente, les scientifiques n'ont atteint aucune étape importante dans ce domaine.

Récemment, une équipe de recherche du MIT a mis au point un premier appareil complètement flexible qui peut transformer les signaux Wi-Fi en énergie électrique pour alimenter l'électronique. Il s'agit d'un nouveau type de rectenna - un instrument pour convertir les ondes électromagnétiques CA en électricité CC - qui utilise une antenne radiofréquence flexible pour capturer les ondes électromagnétiques sous forme d'ondes CA.

Cette antenne est ensuite attachée à un dispositif unique constitué d'un semi-conducteur 2D. L'appareil convertit le signal CA en tension CC qui pourrait recharger les batteries et alimenter les circuits électroniques.

Qu'est-ce que cet appareil unique ?

Les redresseurs conventionnels utilisent soit de l'arséniure de gallium, soit du silicium comme redresseur qui convertit le signal CA en courant continu. Bien que ces semi-conducteurs couvrent la bande WiFi, ils sont rigides. Les utiliser pour fabriquer de vastes surfaces (murs, surfaces de bâtiments) serait extrêmement coûteux.

Les scientifiques tentent de résoudre ces problèmes depuis des décennies. Ils ont développé des rectennas efficaces, mais ils fonctionnent à basse fréquence et ne peuvent pas transformer les signaux en fréquences gigahertz, là où se trouvent la plupart des signaux Wi-Fi et de téléphonie mobile.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé un nouveau matériau bidimensionnel nommé bisulfure de molybdène qui n'a que trois atomes d'épaisseur. Lorsque des atomes de ce matériau entrent en contact avec certains produits chimiques, ils se repositionnent de manière à agir comme un interrupteur. Cela oblige le matériau à modifier sa phase d'un semi-conducteur à un métal.

Référence :Nature | doi:10.1038/s41586-019-0892-1 | MIT

Il en résulte une jonction d'un semi-conducteur avec un métal, appelée diode Schottky, qui minimise à la fois la capacité parasite et la résistance série.

La capacité parasite de la diode Schottky est bien inférieure à celle de la capacité parasite des redresseurs flexibles de pointe existants. Ainsi, il peut capturer et convertir des signaux sans fil à des débits beaucoup plus rapides (jusqu'à 10 gigahertz), couvrant les bandes de radiofréquences utilisées par les réseaux cellulaires LTE, Bluetooth et Wi-Fi.

Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Résultats et applications

L'efficacité de sortie maximale de l'appareil est d'environ 40% et varie en fonction de l'entrée du signal WiFi. Pour résumer, les rectennas classiques en arséniure de gallium et en silicium ont une efficacité d'environ 50 à 60 %. L'équipe prévoit de développer des systèmes plus complexes avec une plus grande efficacité.

Les premières applications de ce nouvel appareil incluent l'alimentation d'appareils électroniques portables, d'instruments médicaux et de capteurs pour « l'Internet des objets ». Dans cette étude, les chercheurs ont pu générer 40 microwatts de puissance lorsque la rectenna était exposée à des signaux WiFi normaux (qui ont généralement 150 microwatts de puissance).

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De nos jours, les scientifiques développent des pilules à avaler qui peuvent transmettre des données de santé aux ordinateurs à des fins de diagnostic. La nouvelle rectenne peut également être utilisée pour alimenter de tels dispositifs médicaux implantables à l'avenir.