L'energia ambientale emessa da telefoni cellulari e modem può essere catturata e convertita in elettricità utilizzando una tecnologia dalla forma insolita.

Man mano che i dispositivi intelligenti connessi a Internet diventano più piccoli e più diffusi, la sfida di alimentarli si fa più acuta. Un economico raccoglitore di energia sviluppato presso KAUST può aiutare a ricaricare i gadget dell'Internet delle cose (IoT) utilizzando le onde radio da fonti wireless.

Un modo in cui i ricercatori stanno miniaturizzando i dispositivi per le applicazioni IoT è attraverso un approccio chiamato system-on-package. Lavori recenti hanno dimostrato che l'imballaggio protettivo attorno ai dispositivi microelettronici potrebbe essere utilizzato per ospitare componenti, come antenne di comunicazione, per costi e requisiti di spazio notevolmente ridotti.

Atif Shamim, professore di ingegneria elettrica ed esperto di energy harvesting, si è reso conto che i principi del sistema su pacchetto potrebbero aiutare i dispositivi IoT a diventare più autosufficienti. Il suo team ha studiato le strategie per costruire antenne altamente compatte che si sintonizzano sui segnali a radiofrequenza emessi da dispositivi mobili e wireless. Hanno quindi collaborato con il gruppo di Khaled Salama presso KAUST per convertire questa energia in elettricità utilizzando diodi a semiconduttore.

La maggior parte dei raccoglitori di radiofrequenza può attingere solo a una singola parte dello spettro wireless, come lo standard 3G. La squadra di Shamim, però, mirava a produrre un dispositivo multibanda in grado di accumulare più energia da più fonti di comunicazione.

"Chiedere a un'antenna di fare il lavoro di molte altre contemporaneamente è complicato, " nota Azamat Bakytbekov, il primo autore del saggio. "Devi assicurarti che le prestazioni non diminuiscano in nessun punto di frequenza".

I ricercatori si sono rivolti a un pacchetto a forma di cubo e al concetto matematico di frattali, modelli che si ripetono da piccola a grande scala, per costruire la loro mietitrice. Primo, il team ha stampato in 3-D un substrato di plastica quadrato e poi ha serigrafato antenne frattali sulla sua superficie utilizzando metallo argentato. Finalmente, hanno incollato insieme cinque pezzi di plastica per formare un cubo, di circa cinque centimetri.

Le antenne frattali possono introdurre risonanze multiple che consentono l'accesso a parti più ampie dello spettro radio. La geometria simmetrica del cubo ha lavorato per migliorare questo effetto raccogliendo radiazioni tutt'intorno al cubo. La successiva scansione dello spettro wireless ha rivelato diverse frequenze distinte in cui la raccolta di energia potrebbe funzionare.

Esperimenti in ambienti reali hanno dimostrato che la mietitrice può raccogliere energia radio sufficiente per alimentare piccoli sensori wireless. Ma l'evento più interessante, secondo il coautore, Thang Nguyen, è stato quando gli utenti di smartphone sono passati dal cubo 3-D.

"Abbiamo visto il potere raccolto dal cubo improvvisamente aumentare quando una persona nelle vicinanze ha fatto una chiamata, " dice Nguyen. "Con l'aumento della comunicazione mobile, questo concetto consente di raccogliere sempre più energia a radiofrequenza."