อุปกรณ์ไร้สายแปลงพลังงานที่ 'สูญเสีย' ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า: เซลล์วัสดุจากวัสดุให้พลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับแผงเซลล์แสงอาทิตย์

อุปกรณ์ดังกล่าวแปลงสัญญาณไมโครเวฟแบบไร้สายเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่สามารถชาร์จแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กอื่นๆ ตามรายงานที่ปรากฏในวารสารApplied Physics Lettersในเดือนธันวาคม 2013 ทำงานบนหลักการคล้ายกับแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้า แต่เครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานอเนกประสงค์นี้สามารถปรับแต่งเพื่อเก็บเกี่ยวสัญญาณจากแหล่งพลังงานอื่นๆ ไฟฟ้า รวมถึงสัญญาณดาวเทียม สัญญาณเสียง หรือสัญญาณ Wi-Fi นักวิจัยกล่าว กุญแจสำคัญของเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานอยู่ที่การใช้วัสดุ metamaterials ซึ่งเป็นโครงสร้างทางวิศวกรรมที่สามารถจับพลังงานคลื่นในรูปแบบต่างๆ และปรับให้เหมาะกับการใช้งานที่มีประโยชน์ Allen Hawkes นักศึกษาวิศวกรรมระดับปริญญาตรี ทำงานร่วมกับ Alexander Katko นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา และหัวหน้านักวิจัย Steven Cummer ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ ออกแบบวงจรไฟฟ้าที่สามารถใช้ไมโครเวฟได้ พวกเขาใช้ชุดตัวนำพลังงานไฟเบอร์กลาสและทองแดงห้าชุดที่ต่อเข้าด้วยกันบนแผงวงจรเพื่อแปลงไมโครเวฟเป็นพลังงานไฟฟ้า 7.3V จากการเปรียบเทียบ เครื่องชาร์จ Universal Serial Bus (USB) สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กให้พลังงานประมาณ 5V “เราตั้งเป้าหมายที่จะใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดที่เราสามารถทำได้” ฮอว์กส์กล่าว "เราได้รับประสิทธิภาพการใช้พลังงานประมาณ 6 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ แต่ด้วยการออกแบบนี้ เราสามารถปรับปรุงการแปลงพลังงานได้อย่างมากถึง 37 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเทียบได้กับความสำเร็จในเซลล์แสงอาทิตย์" Katko กล่าวว่า "เป็นไปได้ที่จะใช้การออกแบบนี้กับความถี่และประเภทของพลังงานที่แตกต่างกันมากมาย รวมถึงการเก็บเกี่ยวพลังงานจากการสั่นสะเทือนและเสียง" "จนถึงขณะนี้ การทำงานจำนวนมากกับวัสดุ metamaterials เป็นไปในเชิงทฤษฎี เรากำลังแสดงให้เห็นว่าด้วยการทำงานเพียงเล็กน้อย วัสดุเหล่านี้สามารถเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานของผู้บริโภค" ตัวอย่างเช่น การเคลือบด้วยวัสดุ metamaterial สามารถนำไปใช้กับเพดานห้องเพื่อเปลี่ยนเส้นทางและกู้คืนสัญญาณ Wi-Fi ที่อาจสูญหายได้ Katko กล่าว แอปพลิเคชั่นอื่นอาจเป็นการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าโดยการกู้คืนพลังงานแบบไร้สายที่สูญเสียไประหว่างการใช้งาน Katko กล่าวว่า "คุณสมบัติของวัสดุ metamaterial ช่วยให้การออกแบบมีความยืดหยุ่นซึ่งไม่สามารถทำได้กับอุปกรณ์ทั่วไปเช่นเสาอากาศ" Katko กล่าว "เมื่อเสาอากาศแบบดั้งเดิมอยู่ใกล้กันในอวกาศ พวกมันคุยกันและรบกวนการทำงานของกันและกัน กระบวนการออกแบบที่ใช้ในการสร้างอาร์เรย์วัสดุ metamaterial ของเราคำนึงถึงผลกระทบเหล่านี้ ทำให้เซลล์สามารถทำงานร่วมกันได้" ด้วยการดัดแปลงเพิ่มเติม นักวิจัยกล่าวว่าวัสดุ metamaterial สำหรับการเก็บเกี่ยวพลังงานอาจถูกสร้างขึ้นในโทรศัพท์มือถือ ทำให้โทรศัพท์สามารถชาร์จแบบไร้สายได้ในขณะที่ไม่ได้ใช้งาน โดยหลักการแล้ว คุณลักษณะนี้อาจช่วยให้ผู้คนที่อาศัยอยู่ในสถานที่ซึ่งไม่มีปลั๊กไฟแบบทั่วไปสามารถรับพลังงานจากเสาสัญญาณโทรศัพท์มือถือในบริเวณใกล้เคียงแทนได้ "งานของเราแสดงให้เห็นถึงวิธีการที่ง่ายและราคาไม่แพงในการเก็บเกี่ยวพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า" คัมเมอร์กล่าว "ความสวยงามของการออกแบบคือหน่วยการสร้างพื้นฐานนั้นมีอยู่ในตัวและเป็นส่วนเสริม เราสามารถประกอบบล็อกได้มากขึ้นเพื่อเพิ่มพลังในการขับไล่" นักวิจัยอธิบาย ตัวอย่างเช่น ชุดของบล็อกการเก็บเกี่ยวพลังงานสามารถรวบรวมเพื่อจับสัญญาณจากชุดดาวเทียมที่รู้จักซึ่งผ่านเหนือศีรษะ นักวิจัยอธิบาย พลังงานจำนวนเล็กน้อยที่สร้างขึ้นจากสัญญาณเหล่านี้อาจให้พลังงานแก่เครือข่ายเซ็นเซอร์ในสถานที่ห่างไกล เช่น ยอดเขาหรือทะเลทราย ทำให้สามารถรวบรวมข้อมูลสำหรับการศึกษาระยะยาวที่ทำการตรวจวัดไม่บ่อยนัก