研究团队通过收集Wi-Fi信号来为LED供电

2021年05月19日 16:52 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

多年来,科学家们一直在努力寻找高效收集环境中的无线电波,以便为小型设备供电的新方法。不过迄今为止,这些信号的来源,始终没能向无线网络(Wi-Fi)那样普及。近日,来自新加坡国立大学(NUS)的一支研究团队,就介绍了他们新开发的一款能够为 LED 和其它小型电子设备 / 传感器供电的新型芯片。

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研究领队 Yang Hyunsoo 教授(左)与论文一作 Raghav Sharma 博士

多年来,收集环境中的无线电能量,然后转化输出有意义的功率,一直是一项艰巨的挑战。

好消息是,来自新加坡国立大学(NUS)和日本东北大学的科学家们,已经开发出了所谓的“自扭矩振荡器”(STO)。

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研究配图 - 1:同步直流偏置的自旋转矩振荡器

作为一类相对新颖的微型设备,其具有产生微波的能力,但此前的输出功率一直相当低。基于此,研究团队想出了将多个 STO 集成在一个芯片上、以增加输出功率的新方案。

不过为了实现这一目标,研究团队一直在努力设计并测试最佳布局,以解决间距和低频响应等方面的问题。最终交付演示的方案,就包含了八个串联起来的 STO 。

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研究配图 - 2:四路 STO 的输出频率与功率

该阵列能够吸收由 Wi-Fi 信号产生的 2.4GHz 无线电波,并将之转换为直流电压信号。在传递到电容器上之后,就可用于电量 1.6V 的 LED 。

给电容器充电 5 秒钟后,即便切断了外部电源,LED 也可保持点亮一分钟。

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研究配图 - 3:锁定在 2.4GHz 频率下的注入同步

研究作者 Yang Hyunsoo 教授称:“我们生活在一个被 Wi-Fi 信号所包围的世界,但当我们不使用它们来访问互联网时,它们就处于非活跃的浪费能量的状态”。

新研究成果是顺应转变迈出的第一步,届时随手可用的 2.4GHz 无线电波将成为绿色能量来源,以减少我们经常使用的电子设备的电池需求。

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研究配图 - 4:特定时域的测量与相位噪声分析

通过这种方式,一部分物联网设备可使用无线电信号来供电。随着智能家居和智能城市应用的普及,这项研究工作或在通信、计算和神经形态等系统中得到高效的应用。

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研究配图 -5:四路同步 / 非同步振荡器的电压整流

目前研究团队正在努力增加增加阵列中的 STO 数量以提升能量的收集能力,并且探讨了如何将之用于为其它电子设备和传感器供电。

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研究配图 - 6:演示能量收集的无线射频功率

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《自然通讯》(Nature Communications)期刊上。

原标题为《Electrically connected spin-torque oscillators array for 2.4 GHz WiFi band transmission and energy harvesting》。

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