מתקן אלחוטי להמרת אנרגיה “מבוזבזת” לזרם חשמלי

חוקרים מבית הספר להנדסה באוניברסיטת דיוק הצליחו ללכוד אותות מהספקטרום של גלי מיקרו בעזרת חומרים בלתי יקרים. בנוסף, הם פיתחו מתקן לאיסוף אותות אלו ביעילות הדומה לזו של פנלים סולאריים מודרניים.

חוקרים מבית הספר להנדסה באוניברסיטת דיוק הצליחו ללכוד אותות מהספקטרום של גלי מיקרו בעזרת חומרים בלתי יקרים. בנוסף, הם פיתחו מתקן לאיסוף אותות אלו ביעילות הדומה לזו של פנלים סולאריים מודרניים.

המתקן ממיר באופן אלחוטי את האות בתחום גלי המיקרו לזרם חשמלי ישיר המסוגל להטעין סוללה של טלפון נייד או של התקנים חשמליים ניידים אחרים, כך לפי מאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Applied Physics Letters. המתקן פועל לפי עיקרון הדומה לזה שעליו מבוססים פנלים סולאריים, הממירים את אנרגית השמש לזרם חשמלי. אולם, מתקן איסוף אנרגיה זה מסוגל לרתום לפעילותו את האות המתקבל ממקורות אנרגיה אחרים, לרבות אותות קול או אותות של רשתות Wi-Fi, כך לפי דברי החוקרים.

המפתח לפיתוחו של מתקן זה טמון בטיב רכיביו – על-חומרים (metamaterials, וויקפדיה), שהם מבנים מהונדסים המסוגלים ללכוד סוגים שונים של אנרגיות ולשמש במגוון יישומים. החוקרים השתמשו באוסף של חמישה סיבי-זכוכית (פיברגלס) ונחושת המסוגלים להוליך חשמל המתוילים יחדיו על גביי מעגל מודפס על מנת להמיר גלי מיקרו לכדי7.3V של אנרגיה חשמלית. לשם השוואה, מטענים להתקני אחסון מסוג USB עבור מתקנים חשמליים קטנים מספקים כמות של5V בלבד.

“חתרנו להשגת היעילות האנרגטית הגבוהה ביותר האפשרית,” אומר החוקר הראשי. “בהתחלה הצלחנו להגיע לרמות יעילות אנרגטית של 10-6 אחוזים בלבד, אולם בעזרת העיצוב החדש הצלחנו לשפר את יעילות המרת האנרגיה לערך של 37 אחוזים, שהוא ערך בר-השוואה לערכים המתקבלים היום מתאים סולאריים.” ניתן להשתמש בעיצוב הזה לניצול סוגים שונים ורבים של תדירויות ואנרגיות, לרבות אנרגיות קול ורטט,” מסביר החוקר הראשי. “עד היום, חלק ניכר מהמחקר אודות על-חומרים היה תיאורטי בלבד. במאמרנו זה אנו מדגימים כי בעזרת מאמץ קטן חומרים אלו יכולים להיות תועלתיים לשם הפיתוח של יישומים מסחריים.” לדוגמה, ניתן יהיה להשתמש בציפוי של על-חומר על מנת לכסות את התקרה של חדר ולהכווין ולהשתמש מחדש באותות שמקורם ברשתות Wi-Fi, שאחרת היו מבוזבזים. יישום נוסף יוכל להיות שיפור היעילות האנרגטית של מכשירי חשמל אלחוטיים תוך שימוש חוזר באנרגיה שהם פולטים שכיום הולכת לאיבוד.

“התכונות של על-חומרים מאפשרות גמישות עיצובית שאינה אפשרית כיום בהתקנים כגון אנטנות,” מסביר החוקר הראשי. “כאשר אנטנות רגילות ממוקמות קרוב אחת לשנייה באותו החלל הן מפריעות אחת לפעילותה של רעותה. תהליך העיצוב שבו השתמשנו ליצירת מערך העל-חומרים שלנו מתחשב בהשפעות הפרעה אלו ומאפשר לתאים לפעול יחדיו.” לאחר שיפורים נוספים, מאמינים החוקרים, על-החומרים המשמשים ללכידת האנרגיה יוכלו להיטמע בתוך טלפון נייד ויאפשרו לו להטעין את עצמו באופן אלחוטי כאשר הוא אינו בשימוש. פוטנציאלית, יכולת זו תאפשר לאנשים הגרים באזורים בעלי נגישות מוגבלת או חסרה לחלוטין למקורות חשמל, להשתמש בחשמל שמקורו באנטנת טלפונים ניידים. “המחקר שלנו מדגים גישה פשוטה ובלתי-יקרה לאיסוף אנרגיה אלקטרומגנטית,” אומר החוקר הראשי.

“היופי בעיצוב שלנו טמון בעובדה כי ניתן בקלות להוסיף עוד מאבני הבניין הבסיסיות – פשוט ניתן להוסיף עוד ועוד יחידות על מנת להגביר את יכולת איסוף האנרגיה.” לדוגמה, מסבירים החוקרים, ניתן להרכיב אוסף של יחידות כאלו על מנת ללכוד את האותות שמקורם במערך ידוע ומוכר של לוויינים החגים מעל ראשינו. כמות האנרגיה הקטנה המתקבלת מאותות אלו יכולה להפעיל מערך חיישנים הנמצא באזור מרוחק כגון פסגת הר או מדבר, על מנת לאסוף מידע למחקר עתידי העושה שימוש במדידות לא שכיחות.

הידיעה על המחקר