I ricercatori hanno sviluppato una nuova antenna basata sulla metasuperficie che rappresenta un passo importante per rendere pratica la raccolta di energia dalle onde radio, come quelle utilizzate nelle reti di telefonia cellulare o nelle connessioni Bluetooth. Questa tecnologia potrebbe potenzialmente fornire alimentazione wireless a sensori, LED e altri dispositivi semplici con bassi requisiti energetici.
"Eliminando le connessioni cablate e le batterie, queste antenne potrebbero aiutare a ridurre i costi, migliorare l'affidabilità e rendere alcuni sistemi elettrici più efficienti", ha affermato il leader del team di ricerca Jiangfeng Zhou della University of South Florida. "Questo sarebbe utile per alimentare sensori domestici intelligenti come quelli utilizzati per la temperatura, l'illuminazione e il movimento o sensori utilizzati per monitorare la struttura di edifici o ponti, dove la sostituzione di una batteria potrebbe essere difficile o impossibile".
Nella rivista Optical Materials Express, i ricercatori riferiscono che i test di laboratorio della loro nuova antenna hanno dimostrato che può raccogliere 100 microwatt di potenza, sufficienti per alimentare dispositivi semplici, da onde radio a bassa potenza. Ciò è stato possibile perché il metamateriale utilizzato per realizzare l'antenna mostra un perfetto assorbimento delle onde radio ed è stato progettato per funzionare con basse intensità.
"Sebbene sia necessario più lavoro per miniaturizzare l'antenna, il nostro dispositivo supera una soglia chiave di 100 microwatt di potenza, raccolta con alta efficienza, utilizzando i livelli di potenza ambientale trovati nel mondo reale", ha affermato Clayton Fowler, il membro del team che ha fabbricato il campione ed eseguito le misurazioni. "La tecnologia potrebbe anche essere adattata in modo che una sorgente di onde radio possa essere fornita per alimentare o caricare dispositivi intorno a una stanza".
Gli scienziati hanno cercato di catturare energia dalle onde radio per un bel po' di tempo, ma è stato difficile ottenere abbastanza energia da essere utile. Ma la situazione sta cambiando grazie allo sviluppo di metamateriali e al numero sempre crescente di fonti ambientali di energia a radiofrequenza disponibili, come reti di telefonia cellulare, Wi-Fi, GPS e segnali Bluetooth.
"Con l'enorme esplosione delle tecnologie basate sulle onde radio, ci saranno molte emissioni elettromagnetiche di scarto che potrebbero essere raccolte", ha dichiarato Zhou. "Questo, combinato con i progressi nei metamateriali, ha creato un ambiente maturo per nuovi dispositivi e applicazioni che potrebbero trarre vantaggio dalla raccolta di questa energia di scarto e dalla sua messa in uso".
I metamateriali utilizzano strutture piccole e attentamente progettate per interagire con la luce e le onde radio in modi che i materiali naturali non fanno. Per realizzare l'antenna di raccolta di energia, i ricercatori hanno utilizzato un metamateriale progettato per un elevato assorbimento delle onde radio e che consente a una tensione più elevata di fluire attraverso il diodo del dispositivo. Ciò ha migliorato la sua efficienza nel trasformare le onde radio in potenza, in particolare a bassa intensità.
Per i test di laboratorio del dispositivo, che misurava 16 cm per 16 cm, i ricercatori hanno misurato la quantità di energia raccolta modificando la potenza e la frequenza di una sorgente radio tra 0,7 e 2,0 GHz. Hanno dimostrato la capacità di raccogliere 100 microwatt di potenza dalle onde radio con un'intensità di soli 0,4 microwatt per centimetro quadrato, approssimativamente il livello di intensità delle onde radio a 100 metri da una torre di telefonia cellulare.
"Abbiamo anche posizionato un telefono cellulare molto vicino all'antenna durante una telefonata e ha catturato abbastanza energia per alimentare un LED durante la chiamata", ha spiegato Zhou. "Anche se sarebbe più pratico raccogliere energia dalle torri dei telefoni cellulari, questo ha dimostrato le capacità di cattura della potenza dell'antenna".
Poiché l'attuale versione dell'antenna è molto più grande della maggior parte dei dispositivi che potenzialmente alimenterebbe, i ricercatori stanno lavorando per renderla più piccola. Vorrebbero anche fare una versione che potrebbe raccogliere energia da più tipi di onde radio contemporaneamente in modo che più energia possa essere raccolta.