Stroomopwekking uit radiogolven maakt slimme apparaten zonder batterij mogelijk

Van Wi-Fi tot Bluetooth en mobiele communicatie, een groot aantal hoogfrequente radiogolven kan in onze directe omgeving worden waargenomen. Deze kunnen worden gebruikt om chips van stroom te voorzien met behulp van een rectenna, een schakelapparaat dat elektromagnetische golven omzet in gelijkstroom.

Dit is de enige manier om bijvoorbeeld een RFID-chip te laten werken, die geen batterij nodig heeft. Zelfs de kleine transponders in sommige winterkleding maken gebruik van dit principe, zodat mensen die bedolven zijn onder een lawine opgespoord kunnen worden.

En in het bereik tot -10 dBm, wat overeenkomt met een duizendste van het radiovermogen van een WLAN-router, is deze schakeling zeer betrouwbaar. Afhankelijk van de opstelling kan 40 tot 70 procent van de energie van de radiogolf worden omgezet in gelijkstroom.

Energie: bijna nul

Het probleem hierbij is dat als een WLAN-router op vol vermogen uitzendt, slechts één 30.000ste van het vermogen het oppervlak van zo'n chip zal bereiken op een afstand van slechts één meter. Dit is 30 keer zwakker dan nodig zou zijn met de huidige chips.

Normaal gesproken is de energie van de elektromagnetische golven in onze directe omgeving zelfs enkele orden van grootte lager.

In deze gebieden zijn er ook thermodynamische onzekerheden. Piepkleine laagjes materiaal kunnen de straling volledig blokkeren en zelfs de kleinste elektrische weerstanden zorgen ervoor dat er helemaal geen stroom vloeit. Dit is de reden waarom slechts iets minder dan 1 procent van de energie onder het vermogensniveau van -20 dBm kan worden omgezet.

Door in totaal tien nieuw ontwikkelde rectennes over elkaar te leggen en met elkaar te verbinden, slaagden de onderzoekers van de Universiteit van Singapore er toch in om een standaard temperatuursensor te laten werken.

Het vermogen werd uitsluitend opgewekt uit ongebruikte elektromagnetische straling. Dit was alleen mogelijk omdat zelfs een vermogen van -62 dBm nog steeds voldoende is om gelijkstroom op te wekken. Als u dit vermogen met 150 miljoen vermenigvuldigt, krijgt u de radio van een huiselijke router. In het bereik van -20 tot -62 dBm kan dus bijna 8 procent van de energie gebruikt worden om gelijkstroom op te wekken

Het is dan voldoende om 10, 20 of zelfs 30 meter van zo'n apparaat verwijderd te zijn - of nog beter, van veel van zulke apparaten. En dan zal het mogelijk zijn om talloze sensoren en in de toekomst misschien nog wel complexere apparaten van stroom te voorzien zonder dat er een batterij nodig is.

Het is echter onwaarschijnlijk dat dit op het platteland of zelfs in een woonwijk mogelijk is. In het hart van Singapore daarentegen wel.