El senyal wifi, convertit en electricitat

Transmetre energia el¨¨ctrica a trav¨¦s de l'aire era una de les idees que Nikola Tesla va arribar a patentar ja fa m¨¦s d'un segle. Ara, investigadors d'universitats dels EUA i Espanya han aconseguit capturar l'energia continguda en el senyal em¨¨s per dispositius wifi i convertir-la en electricitat. Fent servir un nanomaterial de nom¨¦s tres ¨¤toms de gruix, han dissenyat una antena que transforma les ones electromagn¨¨tiques en corrent continu. Encara que la pot¨¨ncia assolida no supera el rang dels microwatts, la flexibilitat mec¨¤nica del material i l'omnipres¨¨ncia dels senyals electromagn¨¨tics necessaris per connectar milions d'ordinadors i m¨°bils a internet apropen el somni d'una electr¨°nica que es trobi a tot arreu. ?s a dir, que de cada senyal sense fils es pugui obtenir electricitat.

"Tota radiaci¨® electromagn¨¨tica cont¨¦ energia", explica el professor d'enginyeria el¨¨ctrica i inform¨¤tica de l'Institut Tecnol¨°gic de Massachusetts (EUA) Tom¨¢s Palacios. "No ¨¦s gaire diferent de la llum solar, nom¨¦s canvia la freq¨¹¨¨ncia que, en el wifi, ¨¦s molt m¨¦s baixa", afegeix el responsable del Grup de Materials i Dispositius Semiconductors Avan?ats del MIT i coautor d'aquesta investigaci¨®.

Una antena especial (rectena) capta el senyal sense fils i converteix el seu corrent altern en continu

Els cient¨ªfics han creat un dispositiu que aconsegueix capturar l'energia utilitzada pel senyal wifi per transmetre dades o captar-les. Aquest senyal es propaga en totes direccions, tot i que la destinaci¨® de la informaci¨® sigui un ¨²nic punt. La resta es perd. Per aprofitar-la, els investigadors van crear una antena especial (rectena o antena rectificadora) que rep la radiaci¨® emesa per dispositius sense fils, com els routers o punts d'acc¨¦s sense fils, per¨° tamb¨¦ qualsevol aparell amb wifi, com port¨¤tils, televisors, m¨°bils, tauletes... que utilitzen les mateixes freq¨¹¨¨ncies, ¨¦s a dir, les bandes dels 2.4 gigahertzs (GHz) i els 5.6 GHz.

El problema ¨¦s que aquesta energia de l'ambient arriba fins a l'antena com a corrent altern i cal rectificar-la. "?s com una pila que canvi¨¦s de polaritat cont¨ªnuament. Per alimentar els circuits electr¨°nics necessitem un voltatge constant", subratlla Palacios. Per aconseguir aquesta conversi¨® a corrent continu ¨Ci aquesta ¨¦s la gran aportaci¨® de la investigaci¨®, publicada a la revista Nature¨C han dissenyat un d¨ªode amb un material que t¨¦ unes propietats f¨ªsiques, mec¨¤niques i el¨¨ctriques que no t¨¦ ni el graf¨¨: el disulfur de molibd¨¨ (MoS₂).

Nikola Tesla ja va patentar un sistema per enviar electricitat per l¡¯aire fa m¨¦s d¡¯un segle

Com el graf¨¨, el MoS₂ ¨¦s un material bidimensional. Si el primer t¨¦ un gruix d'un ¨¤tom, el segon en t¨¦ tres. Aix¨° els dona una flexibilitat que mai tindran el silici o l'arsenur de gal¡¤li, sobre els quals se sustenten l'electr¨°nica i tecnologia actuals. Tots dos s¨®n tamb¨¦ f¨¤cils i molt barats de produir. Per¨°, a difer¨¨ncia del MoS₂, el graf¨¨ no ¨¦s un semiconductor, i aix¨° limita les seves possibilitats en el camp de l'electr¨°nica.

En l'antena rectificadora fabricada per l'equip de Palacios, l'energia captada arriba com a corrent altern a un dels el¨¨ctrodes (¨¤node, fet de pal¡¤ladi) i surt amb polaritat constant per l'altre el¨¨ctrode (c¨¤tode, d'or). Entremig, l'encarregat de fer la m¨¤gia ¨¦s el disulfur de molibd¨¨ (MoS₂) i ho fa a una velocitat ideal per a les altes freq¨¹¨¨ncies que fan servir els senyals de wifi. "Ens permet crear un d¨ªode prou r¨¤pid per rectificar fins i tot en la banda dels 10 GHz", comenta el professor del grup de microones i radar de la Universitat Polit¨¨cnica de Madrid i coautor de la investigaci¨®, Jes¨²s Grajal de la Fuente.

Per¨° per a aquest enginyer, igual que per a Palacios, la clau del dispositiu ¨¦s la seva enorme flexibilitat. "Davant del MoS₂, el silici ¨¦s un totxo", diu. A m¨¦s de car i fr¨¤gil, per m¨¦s que avanci la miniaturitzaci¨®, sempre ser¨¤ r¨ªgid. Aquella ¨¦s una caracter¨ªstica que arriba al seu extrem nom¨¦s en els materials bidimensionals i que permetria, per exemple, cobrir una paret o tot un edifici de sensors que s'alimentarien de l'energia de l'ambient.

"?I si f¨®ssim capa?os de desenvolupar sistemes electr¨°nics que pogu¨¦ssim desplegar al llarg d'un pont o cobrir tota una autopista o les parets de les nostres oficines i portar la intel¡¤lig¨¨ncia electr¨°nica a tot el que ens envolta? D'on trauries l'energia per a tanta electr¨°nica?", pregunta Palacios. No hi hauria bateries ni endolls suficients. Nom¨¦s endollant-los a l'aire, a l'energia sense fils, es podria imaginar alguna cosa aix¨ª.

Els creadors del sistema imaginen un futur en qu¨¨ l¡¯electr¨°nica ser¨¤ arreu i s¡¯alimentar¨¤ de l¡¯energia ambiental

En tot aix¨° hi ha una limitaci¨® que resulta que ¨¦s la seva gran virtut. La pot¨¨ncia del senyal wifi (i la d'altres tecnologies sense fils, com les comunicacions m¨°bils de quarta i cinquena generaci¨®) ¨¦s per necessitat molt baixa. "El wifi necessita entorn dels 100 microwatts, 100.000 vegades menys pot¨¨ncia de la requerida per encendre una bombeta led", recorda Palacios. Aix¨ª que no es podr¨¤ carregar el port¨¤til amb una d'aquestes antenes especials.

"?s poc, per¨° n'hi haur¨¤ prou per alimentar sensors de tot tipus. Ara, l'electr¨°nica est¨¤ limitada a objectes macrosc¨°pics, el m¨°bil, l'ordinador, el cotxe. En el futur ser¨¤ arreu. Ser¨¤ a la roba que portem, dins de nosaltres, als edificis... i aprofitar¨¤ l'energia de l'ambient", assenyala el professor espanyol del MIT.