Omgevingsenergie die wordt uitgestraald door mobiele telefoons en modems kan worden opgevangen en omgezet in elektriciteit met behulp van ongebruikelijk gevormde technologie.

Naarmate slimme apparaten die met internet zijn verbonden, kleiner en wijdverspreider worden, de uitdaging om ze van stroom te voorzien wordt groter. Een door KAUST ontwikkelde goedkope energie-oogstmachine kan helpen bij het opladen van Internet-of-things (IoT)-gadgets met behulp van radiogolven van draadloze bronnen.

Een manier waarop onderzoekers apparaten voor IoT-toepassingen miniaturiseren, is via een benadering die system-on-package wordt genoemd. Recent werk heeft aangetoond dat de beschermende verpakking rond micro-elektronica kan worden gebruikt om componenten, zoals communicatieantennes, voor aanzienlijk lagere kosten en ruimtevereisten.

Atif Shamim, een professor in de elektrotechniek en een expert in het oogsten van energie, realiseerde zich dat system-on-package-principes IoT-apparaten kunnen helpen zelfvoorzienend te worden. Zijn team onderzocht strategieën om zeer compacte antennes te bouwen die afstemmen op de radiofrequentiesignalen die worden uitgezonden door mobiele en draadloze apparaten. Ze werkten vervolgens samen met de groep van Khaled Salama bij KAUST om deze energie om te zetten in elektriciteit met behulp van halfgeleiderdiodes.

De meeste radiofrequentie-oogsters kunnen slechts een enkel deel van het draadloze spectrum aanboren, zoals de 3G-standaard. Het Shamim-team, echter, gericht op het produceren van een multibandapparaat dat meer energie kan verzamelen uit meerdere communicatiebronnen.

"Een antenne vragen om het werk van meerdere andere tegelijk te doen, is lastig, " merkt Azamat Bakytbekov op, de eerste auteur van het artikel. "Je moet ervoor zorgen dat de prestaties op geen enkel frequentiepunt afnemen."

De onderzoekers wendden zich tot een kubusvormig pakket en het wiskundige concept van fractals - patronen die zich herhalen van kleine tot grote schaal - om hun oogstmachine te bouwen. Eerst, het team heeft 3D een vierkant plastic substraat geprint en vervolgens gezeefdrukte fractal-antennes op het oppervlak met zilvermetaal. Eindelijk, ze lijmden vijf van de plastic stukjes aan elkaar om een ​​kubus te vormen, ongeveer vijf centimeter groot.

Fractale antennes kunnen meerdere resonanties introduceren die toegang geven tot bredere delen van het radiospectrum. De symmetrische geometrie van de kubus werkte om dit effect te versterken door straling rondom de kubus te verzamelen. Daaropvolgende draadloze spectrumscanning onthulde verschillende verschillende frequenties waar energiewinning zou kunnen werken.

Experimenten in echte omgevingen hebben aangetoond dat de oogstmachine genoeg radio-energie kan verzamelen om kleine draadloze sensoren van stroom te voorzien. Maar de meest interessante gebeurtenis, volgens co-auteur Than Nguyen, was toen smartphonegebruikers langs de 3D-kubus liepen.

"We zagen de kracht die door de kubus werd verzameld plotseling omhoog schieten toen een persoon in de buurt belde, ", zegt Nguyen. "Met de toename van mobiele communicatie, met dit concept kan steeds meer radiofrequente energie worden geoogst."