Les ingénieurs récoltent des signaux WiFi pour alimenter de petits appareils électroniques –

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  • Avec l’avènement de l’ère numérique, la quantité de sources WiFi pour transmettre des informations sans fil entre les appareils a augmenté de façon exponentielle. Cela se traduit par une utilisation généralisée de la fréquence radio de 2,4 GHz que le WiFi utilise, avec des signaux excédentaires disponibles pour être exploités pour des utilisations alternatives.

    Pour exploiter cette source d’énergie sous-utilisée, une équipe de recherche de l’Université nationale de Singapour (NUS) et de l’Université japonaise Tohoku (TU) a développé une technologie qui utilise de minuscules appareils intelligents appelés oscillateurs à couple de rotation (STO) pour récolter et convertir les fréquences radio sans fil en énergie pour alimenter les petits appareils électroniques. Dans leur étude, les chercheurs ont réussi à récolter de l’énergie en utilisant des signaux en bande WiFi pour alimenter une diode électroluminescente (LED) sans fil, et sans utiliser de batterie.

    «Nous sommes entourés de signaux WiFi, mais lorsque nous ne les utilisons pas pour accéder à Internet, ils sont inactifs, et c’est un énorme gaspillage. Notre dernier résultat est un pas vers la transformation des ondes radio 2,4 GHz facilement disponibles en une source verte d’énergie, réduisant ainsi le besoin de piles pour alimenter l’électronique que nous utilisons régulièrement. De cette manière, les petits gadgets et capteurs électriques peuvent être alimentés sans fil en utilisant des ondes radioélectriques dans le cadre de l’Internet des objets. Avec l’avènement des maisons intelligentes et villes, notre travail pourrait donner lieu à des applications écoénergétiques dans la communication, l’informatique et les systèmes neuromorphiques », a déclaré le professeur Yang Hyunsoo du département de génie électrique et informatique de la NUS, qui a dirigé le projet.

    La recherche a été menée en collaboration avec l’équipe de recherche du professeur Guo Yong Xin, également du département de génie électrique et informatique de la NUS, ainsi qu’avec le professeur Shunsuke Fukami et son équipe de TU. Les résultats ont été publiés dans Communications de la nature le 18 mai 2021.

    Conversion des signaux WiFi en énergie utilisable

    Les oscillateurs à couple de rotation sont une classe de dispositifs émergents qui génèrent des micro-ondes et ont des applications dans les systèmes de communication sans fil. Cependant, l’application des STO est entravée en raison d’une faible puissance de sortie et d’une large bande passante.

    Alors que la synchronisation mutuelle de plusieurs STO est un moyen de surmonter ce problème, les schémas actuels, tels que le couplage magnétique à courte portée entre plusieurs STO, ont des restrictions spatiales. D’autre part, la synchronisation électrique à longue portée utilisant des oscillateurs vortex est limitée dans des réponses en fréquence de seulement quelques centaines de MHz. Il nécessite également des sources de courant dédiées pour les STO individuels, ce qui peut compliquer la mise en œuvre globale sur puce.

    Pour surmonter les limitations spatiales et basses fréquences, l’équipe de recherche a mis au point un réseau dans lequel huit STO sont connectés en série. À l’aide de ce réseau, les ondes radio électromagnétiques de 2,4 GHz utilisées par le WiFi ont été converties en un signal de tension continue, qui a ensuite été transmis à un condensateur pour allumer une LED de 1,6 volts. Lorsque le condensateur a été chargé pendant cinq secondes, il a pu allumer la même LED pendant une minute après la coupure de l’alimentation sans fil.

    Dans leur étude, les chercheurs ont également souligné l’importance de la topologie électrique pour la conception de systèmes STO sur puce et ont comparé la conception en série avec la conception parallèle. Ils ont constaté que la configuration parallèle est plus utile pour la transmission sans fil en raison d’une meilleure stabilité dans le domaine temporel, du comportement du bruit spectral et du contrôle de la discordance d’impédance. D’autre part, les connexions en série présentent un avantage pour la récupération d’énergie en raison de l’effet additif de la tension de diode des STO.

    Commentant l’importance de leurs résultats, le Dr Raghav Sharma, le premier auteur de l’article, a déclaré: «En plus de proposer un réseau STO pour la transmission sans fil et la récupération d’énergie, nos travaux ont également démontré le contrôle de l’état de synchronisation des STO couplés à l’aide de verrouillage par injection à partir d’une source radiofréquence externe. Ces résultats sont importants pour les applications prospectives des STO synchronisés, comme le calcul neuromorphique à vitesse rapide. “

    Prochaines étapes

    Pour améliorer la capacité de récupération d’énergie de leur technologie, les chercheurs cherchent à augmenter le nombre de STO dans le réseau qu’ils avaient conçu. En outre, ils prévoient de tester leurs récupérateurs d’énergie pour charger sans fil d’autres appareils électroniques et capteurs utiles.

    L’équipe de recherche espère également travailler avec des partenaires de l’industrie pour explorer le développement de STO sur puce pour les systèmes intelligents autonomes, ce qui peut ouvrir des possibilités pour les systèmes de charge sans fil et de détection de signaux sans fil.

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