Une rectenna flexible convertit les signaux WiFi en électricité pour de minuscules appareils

La transmission d'énergie sans fil remonte à la fin du 19e siècle lorsque Nikola Tesla travaillait sur des méthodes pour transférer de l'énergie électrique sans fils. Quelques années plus tard, l'inventeur italien Guglielmo Marconi a inventé le premier système de télégraphie sans fil complet et commercialement réussi.

Une première mondiale : dispositif totalement flexible

Récemment, une équipe de recherche du MIT a mis au point un premier dispositif complètement flexible capable de transformer les signaux WiFi en énergie électrique pour alimenter l'électronique. Il s'agit d'un nouveau type de rectenna — un instrument pour convertir les ondes électromagnétiques AC en électricité DC — qui utilise une antenne radiofréquence flexible pour capturer les ondes électromagnétiques sous forme de formes d'onde AC.

Cette antenne est ensuite attachée à un dispositif unique fait d'un semi-conducteur 2D. Le dispositif convertit le signal AC en tension DC qui pourrait recharger des batteries et alimenter des circuits électroniques.

Ce dispositif unique : le disulfure de molybdène

Les rectennas conventionnelles utilisent soit l'arséniure de gallium, soit le silicium pour le redresseur qui convertit le signal AC en puissance DC. Bien que ces semi-conducteurs couvrent la bande WiFi, ils sont rigides. Les utiliser pour fabriquer de vastes zones (murs, surfaces de bâtiments) serait extrêmement coûteux.

Les scientifiques essaient de résoudre ces problèmes depuis des décennies. Ils ont développé certaines rectennas efficaces mais elles fonctionnent à basse fréquence et ne peuvent pas transformer les signaux aux fréquences gigahertz, où se trouvent la plupart des signaux WiFi et de téléphonie mobile.

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

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

Cela crée une jonction d'un semi-conducteur avec un métal, appelée diode de Schottky, qui minimise simultanément la capacité parasite et la résistance en série.

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

Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Résultats et applications

L'efficacité de sortie maximale du dispositif est d'environ 40 %, et elle varie selon l'entrée du signal WiFi. Pour mettre cela en perspective, les rectennas conventionnelles faites d'arséniure de gallium et de silicium ont une efficacité d'environ 50 % à 60 %. L'équipe prévoit de développer des systèmes plus complexes avec une efficacité plus élevée.

Les premières applications de ce nouveau dispositif 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).

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