Ingenieros de la Universidad Politécnica de Madrid, España y del Instituto Tecnológico de Massachusetts, Estados Unidos de América, han fabricado una antena flexible que captura ondas electromagnéticas del entorno, como las del sistema wifi. Luego, mediante nuevos materiales 2D, las transforman en electricidad. El desarrollo de esta tecnología permitirá alimentar multitud de aparatos electrónicos a gran escala y sin baterías.

Una primera mundial

Esquema de la nueva rectena. / Imagen: MIT/UPM

Imagina un mundo donde los teléfonos móviles, las computadoras portátiles, los relojes inteligentes y otros aparatos electrónicos funcionasen sin baterías. Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, en EE UU) y otros centros internacionales han dado un paso en esa dirección, presentado el primer dispositivo totalmente flexible que puede convertir la energía de las señales wifi en electricidad.

El avance se basa en el uso de rectenas, sistemas que convierten las ondas electromagnéticas de corriente alterna –como las wifi– en continua. Es el primer dispositivo totalmente flexible que puede convertir la corriente alterna de las señales wifi en continua para alimentar dispositivos electrónicos

Maravillas del nanomundo

En este caso los autores, que publican su trabajo en la revista Nature del 28 de enero de 2019, usan una antena de radiofrecuencia flexible para capturar las ondas wifi. Después, su señal de corriente alterna se envía a un finísimo semiconductor de disulfuro de molibdeno (MoS2) –uno de los más delgados del mundo, con tan solo tres átomos de espesor–, que la convierte en corriente continua para que pueda alimentar los circuitos electrónicos.

De esta manera, dispositivos sin batería podrían capturar y transformar de forma pasiva las señales wifi, que cada vez inundan más lugares de nuestro entorno, en una fuente útil de alimentación. Además, presentan las ventajas de ser flexibles y poderse fabricar en rollos para cubrir áreas muy grandes.

Móviles flexibles y píldoras inteligentes

Entre las primeras aplicaciones de la nueva rectena figura el suministro de energía a dispositivos electrónicos flexibles, aparatos portátiles y sensores para el llamado internet de las cosas. Los smartphones o teléfonos inteligentes flexibles, por ejemplo, son un nuevo mercado para las principales empresas tecnológicas.

En los experimentos realizados por el equipo, se ha comprobado que su dispositivo puede producir alrededor de 40 microvatios de potencia cuando se expone a los niveles típicos de las señales wifi (alrededor de 150 microvatios). Eso es más que suficiente para iluminar la pantalla de un móvil o un chip de silicio.

Otra posible aplicación es generar energía para la transmisión de datos en dispositivos médicos implantables, apunta Jesús Grajal, también coautor y profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la  Universidad Politécnica de Madrid (UPM). De hecho, los investigadores están desarrollando píldoras que pueden ser ingeridas por los pacientes y con la capacidad de transmitir datos sobre su salud para que se pueden registrar en una

El disulfuro de molibdeno es uno de los semiconductores más delgados del mundo, con tan solo tres átomos de espesor. / Ilustración: Wang et al.- MIT/UPM

computadora y realizar diagnósticos.

El diodo Schottky

Para construir su rectificador, los investigadores han optado por el disulfuro de

molibdeno. Además de ser uno de los semiconductores más finos del mundo, se aprovecha un comportamiento singular que presenta este material: cuando se expone a ciertos químicos, sus átomos se reorganizan de forma que actúa como un interruptor, forzando una transición de fase de un semiconductor a un material metálico. Esta estructura se conoce como diodo Schottky, y viene a ser el cruce de un semiconductor con un metal.

Al diseñar MoS2 en una unión de fase metálica-semiconductora 2-D, construimos un diodo Schottky ultrarrápido y atómico que minimiza simultáneamente dos problemas: la resistencia en serie y la capacitancia parásita“, subraya el primer autor,  Xu Zhang, del MIT, aunque pronto se unirá a la Universidad Carnegie Mellon.

Este diseño ha permitido un dispositivo completamente flexible y que es lo suficientemente rápido como para cubrir la mayoría de las bandas de radiofrecuencia utilizadas por nuestros dispositivos electrónicos cotidianos, incluyendo wifi, Bluetooth, los llamados móviles LTE (long-term-evolution, una tecnología de banda ancha inalámbrica) y muchos otros“, dice Zhang.

Amplia gama de aplicaciones potenciales

Los autores también destacan que este trabajo ofrece la base para desarrollar otros aparatos flexibles capaces de transformar la wifi en electricidad con un rendimiento y eficiencia

Fotografía: Rtve.es

considerables. Actualmente la eficiencia máxima de salida que alcanza este dispositivo es del 40 %, dependiendo de la potencia de entrada de la wifi, aunque con el nivel típico de potencia de la señal inalámbrica, la eficiencia energética de este rectificador de MoS2 es de alrededor del 30 %. A modo de referencia, las mejores rectenas de silicio y arseniuro de galio de hoy en día alcanzan del 50 al 60 % de eficiencia, pero son rígidas y más caras. El equipo ahora planea construir sistemas más complejos y mejorar la eficiencia de su propuesta.

Además de los autores mencionados, en este estudio participan otros 15 investigadores del MIT, la UPM, la Universidad Carlos III de Madrid, el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE UU, la Universidad de Boston y la Universidad del Sur de California.

Fuente: Universidad Politécnica de Madrid/Instituto Tecnológico de Massachusetts

Boletín original: http://www.upm.es/?id=65ba4719dc898610VgnVCM10000009c7648a____&prefmt=articulo&fmt=detail