Teléfonos móviles totalmente flexibles, integrados en otros objetos, como la ropa que llevamos y que no necesitan batería para funcionar. Este es el escenario hacia el cual los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) avanzan y se acercan un poco más a su último trabajo: un dispositivo que convierte la señal de una red WiFi en energía eléctrica para nuestros dispositivos.«Hemos creado una nueva forma de alimentar los sistemas electrónicos del futuro», dice Tomás Palacios, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática del MIT, director del Centro de Dispositivos de Grafeno y Sistemas 2D en el mismo centro y coautor del artículo. «Ahora podemos aprovechar la energía WiFi de una manera que se puede integrar muy fácilmente a lo largo de grandes superficies, trayendo una nueva inteligencia a todos los objetos que nos rodean».
El elemento clave que ha permitido este avance, cuyos detalles aparecen publicados en la revista Nature, es la aplicación de un material bidimensional a una antena rectificadora (rectenna o rectena); un dispositivo que convierte las señales de microondas en corriente continua. Los ingenieros han logrado desarrollar una antena que captura ondas electromagnéticas, incluidas las transmitidas en una conexión inalámbrica, en forma de corriente alterna. Al pasar por un rectificador, la parte que hace posible esta conversión de corriente alterna en continuo, la señal se transforma en energía capaz de alimentar dispositivos electrónicos.
Específicamente, la antena ha producido unos 40 microvatios de potencia, expuestos a los niveles de potencia típicos de las señales WiFi (alrededor de 150 microvatios), una cantidad que según los autores es más que suficiente para iluminar una pantalla móvil o activar chips de silicio. Aunque en este momento son prudentes, sus creadores esperan que la nueva tecnología pueda materializarse en los próximos años.
«Siempre es difícil hacer predicciones sobre el futuro, pero creo que las primeras aplicaciones pueden aparecer en cinco o siete años», explica Palacios. «Es probable que los sensores ambientales, como los que se usan para medir la contaminación, no puedan conectarse directamente a la red eléctrica». Como el propio autor reconoce, aún es pronto para pensar en ir más allá de la activación y el mantenimiento de sensores. Pero quién sabe si a largo plazo y con los desarrollos oportunos, el uso de este tipo de antenas podría ir mucho más allá e incluir la alimentación de ordenadores y dispositivos móviles, o la creación de nuevos sensores para todos los elementos del llamado «Internet de las cosas»
Aplicación en dispositivos médicos
Otra forma en que puede abrirse la transformación de las señales inalámbricas en energía es su aplicación para impulsar el funcionamiento de los implantes médicos. Por ejemplo, en 2017, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) aprobó la primera tableta digital, un medicamento que incluye un sensor que indica si el paciente está siguiendo el tratamiento prescrito o no. «Lo ideal es no tener que depender del uso de baterías para alimentar este tipo de dispositivo, ya que en caso de fugas de litio, el paciente está en riesgo», explica Jesús Grajal, investigador de la UPM y coautor del trabajo. «Es mucho mejor poder aprovechar la energía del medio ambiente para alimentar a todos esos «minilaboratorios» dentro del cuerpo y poder enviar sus datos a ordenadores externos».
Grajal pasó una temporada en el grupo que Palacios dirige en el MIT y allí comenzó a forjar la colaboración. Los autores explican que, hasta ahora, los rectificadores se habían construido en materiales rígidos, como silicio o arseniuro de galio. Aunque son relativamente baratos, la falta de flexibilidad de estos materiales hace que sea imposible utilizarlos para cubrir grandes áreas, lo que dificulta la generalización de esta tecnología.
Reto técnico
Para superar esta barrera, los ingenieros han concebido un rectificador construido en disulfuro de molibdeno (MoS2), uno de los llamados materiales bidimensionales. Esta nueva generación de materiales está formada por una sola capa atómica, que los ingenieros pueden modular en múltiples combinaciones. En el caso del MoS2, con una capa de solo tres átomos de espesor, ha sido posible crear uno de los semiconductores más finos del mundo. «Nuestra gran contribución es el uso de electrónica flexible en todo el sistema, por lo que puede adaptarse a cualquier superficie», explica Grajal.
En los últimos años se hicieron algunos intentos de obtener rectenas flexibles, pero solo pudieron trabajar a bajas frecuencias, por lo que no pudieron capturar ni convertir las señales en las que se mueven la mayoría de los intercambios entre una red WiFi y un dispositivo. El nuevo diseño nos ha permitido lograr un dispositivo que, además de ser totalmente flexible, puede cubrir la mayoría de las bandas de radiofrecuencia utilizadas por nuestros dispositivos electrónicos diarios, como WiFi, Bluetooth, señales móviles y muchos otros, sin interferir con su uso normal. «Las señales que utilizamos representan una parte mínima de toda la potencia transmitida por los enrutadores WiFi, por lo que no influyen en la calidad de la red», explica Palacios.
Además de los autores mencionados ateriormente, la investigación ha sido posible gracias al trabajo de más de una decena de investigadores del MIT, de la Universidad Politécnica de Madrid, de la Universidad Carlos III, también en Madrid, del Army Research Laboratory (EE.UU.), de la Universidad de Boston y de la Universidad del Sur de California. En parte, este trabajo ha sido posible gracias a una colaboración del MIT con la UPM a través de las Iniciativas Internacionales de Ciencia y Tecnología del prestigioso instituto tecnológico estadounidense.
Fuente: News Reboter
