Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS), en colaboración con otras instituciones académicas, han desarrollado una tecnología innovadora que podría revolucionar el futuro de la electrónica sin baterías. Esta tecnología permite que los dispositivos pequeños se alimenten de las ondas de radiofrecuencia (RF) ambientales, como las emitidas por Wi-Fi, Bluetooth y 5G, eliminando la necesidad de baterías tradicionales.

Desafíos en la captura de energía RF

El aprovechamiento de las señales RF ambientales no es un concepto nuevo, pero hasta ahora ha sido difícil debido a la baja potencia de estas señales, típicamente por debajo de -20 dBm. Las tecnologías de rectificación tradicionales, como los diodos Schottky, han alcanzado su límite en términos de eficiencia debido a restricciones termodinámicas y efectos parasitarios de alta frecuencia​. Esto ha motivado a los investigadores a buscar alternativas más eficientes y compactas para convertir estas señales en voltaje de corriente continua (DC).

Tecnología de rectificadores de giro a nanoescala

Para superar los desafíos existentes, el equipo de NUS, junto con la Universidad de Tohoku en Japón y la Universidad de Messina en Italia, ha desarrollado rectificadores de giro a nanoescala (SR). Estos dispositivos pueden convertir señales RF en voltaje DC incluso a niveles de potencia extremadamente bajos, por debajo de -20 dBm. Los investigadores diseñaron dos configuraciones clave: una rectenna basada en un solo SR que funciona entre -62 dBm y -20 dBm, y un array de 10 SRs en serie que logró una eficiencia del 7.8% y alta sensibilidad​.

Aplicaciones prácticas y futuras

La integración de los SR en un módulo de captura de energía permitió alimentar un sensor de temperatura comercial y un LED utilizando la energía RF ambiental. Esto demuestra la viabilidad de esta tecnología para aplicaciones en redes de sensores inalámbricos y dispositivos de Internet de las Cosas (IoT) en áreas remotas, donde reemplazar baterías es un desafío significativo. Los resultados publicados en Nature Electronics muestran que la tecnología SR es fácil de integrar y escalable, lo que la hace adecuada para diversas aplicaciones de RF de baja potencia​.

Perspectivas y colaboraciones futuras

El equipo de investigación de NUS está explorando la integración de una antena en chip para mejorar la eficiencia y compactibilidad de las tecnologías SR. Además, están desarrollando conexiones en serie y paralelo para ajustar la impedancia en grandes arrays de SRs, con el objetivo de mejorar la captura de energía RF y generar voltajes rectificados significativos sin la necesidad de un booster DC a DC​ (EurekAlert!)​.

La colaboración con socios industriales y académicos es clave para avanzar en sistemas inteligentes autosuficientes basados en rectificadores SR en chip. Esto podría abrir el camino a nuevas tecnologías compactas para la carga inalámbrica y sistemas de detección de señales, allanando el camino hacia un futuro sin baterías en la electrónica​.

Conclusión

El desarrollo de rectificadores de giro a nanoescala representa un avance significativo en la tecnología de captura de energía RF. Esta innovación no solo tiene el potencial de reducir la dependencia de las baterías, sino que también promete aplicaciones prácticas en una amplia gama de dispositivos de baja potencia. A medida que los investigadores continúan optimizando esta tecnología, es probable que veamos un impacto significativo en la eficiencia energética y la sostenibilidad de los dispositivos electrónicos del futuro.