- Les chercheurs de Georgia Tech ont mis au point un concept de réseau électrique sans fil qui fonctionne sur les fréquences d’onde mm de la 5G.
- Parce que Stations de base 5G faisceau de données à travers des ondes électromagnétiques densément compactées, les scientifiques ont conçu un appareil pour capturer cette énergie.
- La star du spectacle est un objectif Rotman spécialisé qui peut collecter des 5G énergie électromagnétique de toutes les directions.
Si vous avez déjà possédé un Suivi de tuiles—Une balise Bluetooth carrée et blanche qui se connecte à votre téléphone pour vous aider à garder un œil sur votre portefeuille, vos clés ou tout ce que vous êtes susceptible de perdre — vous connaissez les appareils Internet des objets (IoT) à faible consommation d’énergie.
Tout comme les autres petits appareils IoT, de assistants vocaux à minuscules capteurs chimiques capables de détecter les fuites de gaz, les trackers Tile nécessitent une source d’alimentation. Il n’est pas réaliste de brancher ces gadgets sur une prise murale, et devoir constamment changer les piles est une perte de temps qui est finalement néfaste pour l’environnement.
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Mais que se passerait-il si vous pouviez charger sans fil ces appareils avec une source d’alimentation qui vous entoure déjà? Les chercheurs de Georgia Tech ont imaginé ce type de «réseau électrique sans fil» avec un petit appareil qui récolte le énergie électromagnétique cette 5G les stations de base émettent régulièrement.
Tout comme les tours de téléphonie cellulaire 3G et 4G qui ont précédé, les stations de base 5G émettent de l’énergie électromagnétique. Pour le moment, nous exploitons uniquement ces précieuses bandes d’énergie pour transférer des données (ce qui vous aide à télécharger votre favori Netflix série à une vitesse fulgurante).
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Avec une ingénierie astucieuse, il est possible d’utiliser les ondes d’énergie de la 5G comme une forme d’alimentation sans fil, explique Manos Tentzeris, Ph.D., professeur d’électronique flexible à Georgia Tech. Il dirige l’université Groupe de recherche ATHENA, où son équipe a fabriqué une « rectenne » de lentille Rotman spécialisée qui rend cette collecte d’énergie possible.
Si l’idée prend son envol, ce petit appareil – qui est en fait un petit autocollant high-tech – peut utiliser le réseau électrique sans fil pour charger bien plus d’appareils que simplement votre tracker Tile. Vos fournisseurs de téléphonie mobile pourraient commencer à fournir de l’électricité pour alimenter toutes sortes de petits appareils électroniques, des drones de livraison aux étiquettes de suivi des palettes dans un «entrepôt intelligent». Les possibilités sont vraiment infinies.
« Si vous parlez de la mise en œuvre dans le monde réel de tous ces projets ambitieux, tels que l’IoT, les villes intelligentes ou les jumeaux numériques … vous devez avoir des capteurs sans fil partout », explique Tentzeris Pop Mech. « Mais actuellement, tous ont besoin de piles. »
Mais attendez, comment la 5G crée-t-elle de la puissance?
chanson de pengGetty Images
Commençons par les bases: la 5G techniquement est énergie.
La 5G peut sembler une boîte noire pour ceux d’entre nous qui ne sont pas des ingénieurs électriciens, mais le principe repose sur quelque chose que nous pouvons tous comprendre: l’énergie électromagnétique. Considérez le spectre visible, ou toute la lumière que vous pouvez voir. Il existe le long du spectre électromagnétique le plus large, mais ce n’est vraiment qu’un échec.
Dans le graphique ci-dessous, vous pouvez voir que le spectre visible est juste entre la lumière ultraviolette et infrarouge, ou entre 400 et 700 nanomètres. À mesure que l’énergie augmente le long du spectre électromagnétique, les ondes deviennent de plus en plus courtes – notez que les rayons gamma sont beaucoup plus puissants et ont des ondes plus denses que la radio FM, par exemple. Les yeux humains ne peuvent pas détecter ces ondes d’énergie.
Principes de la chimie structurale
La 5G est également invisible et fonctionne à une fréquence plus élevée que les autres normes de communication auxquelles nous sommes habitués, comme la 3G ou la 4G. Ces réseaux fonctionnent à des fréquences comprises entre environ 1 et 6 gigahertz, tandis que les experts disent que la 5G est plus proche de la bande entre 24 et 90 gigahertz.
Parce que les ondes 5G fonctionnent à une fréquence plus élevée, elles sont plus puissantes, mais aussi plus courtes en longueur. C’est la principale raison pour laquelle une nouvelle infrastructure (comme de petites cellules 5G installées sur des poteaux électriques) est nécessaire pour le déploiement de la 5G: les ondes ont des caractéristiques différentes. Des vagues plus courtes, par exemple, verront plus d’interférences provenant d’objets comme les arbres et les gratte-ciel, et même des gouttelettes de pluie ou des flocons de neige.
Mais ne pensez pas à la constellation de stations de base 5G d’une ville comme du gaspillage. Les anciennes normes, comme la 3G et la 4G, sont connues pour émettre de la puissance sans discernement à partir d’énormes tours de service dans toutes les directions, diffusant des quantités importantes d’énergie inexploitée. Les stations de base 5G sont beaucoup plus efficaces, déclare Jimmy Hester, Ph.D., un ancien de Georgia Tech qui est conseiller principal de laboratoire du groupe ATHENA.
« Parce qu’ils fonctionnent à haute fréquences, [5G base stations] sont bien mieux en mesure de se focaliser [power]. Donc, il y a moins de gaspillage dans un sens », dit Hester Pop Mech. « Ce dont nous parlons est plus d’une mise sous tension intentionnelle des appareils, eux-mêmes, en focalisant le faisceau vers l’appareil afin de l’allumer et de le mettre sous tension. »
Une lentille « Tarantula » prend forme
Il y a un inconvénient à cette focalisation efficace: les stations de base 5G transmettent de l’énergie dans un champ de vision limité. Pensez-y comme un faisceau d’énergie se déplaçant dans une direction, plutôt qu’un cercle d’énergie émanant d’une tour. Les chercheurs l’appellent un «faisceau de crayon». Comment un petit appareil pourrait-il capturer avec précision l’énergie de toutes ces stations de base dispersées, en particulier lorsque vous ne pouvez pas voir la direction dans laquelle les vagues se déplacent?
Entrez dans la lentille Rotman, la technologie clé derrière le dispositif révolutionnaire de récupération d’énergie de l’équipe. Vous pouvez voir les objectifs Rotman au travail dans les applications militaires, comme les systèmes de surveillance radar destinés à identifier les cibles dans toutes les directions sans avoir à déplacer l’antenne. Ce n’est pas la lentille prototypique que vous avez l’habitude de voir dans une paire de lunettes ou au microscope. C’est une lentille flexible avec un support métallique, explique l’équipe dans un nouveau document de recherche Publié dans Rapports scientifiques.
« De la même manière que l’objectif de votre caméra recueille tous les [light] vagues de n’importe quelle direction, et le combine à un point … pour créer une image, c’est exactement comme ça [this] lentille fonctionne », raconte Aline Eid, étudiante au doctorat et chercheuse senior au laboratoire ATHENA Pop Mech. « La lentille est comme une tarentule … parce qu’une tarentule a six yeux, et notre système peut également regarder dans six directions différentes. »
La lentille Rotman augmente le champ de vision du dispositif de collecte d’énergie du « faisceau crayon » d’environ 20 degrés à plus de 120 degrés, dit Eid, ce qui facilite la collecte d’énergie d’onde millimétrique dans la bande de 28 gigahertz. Ainsi, même si vous posez l’autocollant sur un drone en mouvement, vous pouvez toujours collecter de manière fiable l’énergie des stations de base 5G dans toute la ville.
«Si vous collez ces appareils sur une fenêtre, ou si vous collez ces appareils sur un poteau lumineux, ou au milieu d’un verger, vous n’allez pas connaître la carte des stations de base les plus puissantes», explique Tentzeris. « Nous avons dû rendre nos appareils de récolte indépendants de la direction. »
Votre forfait de téléphonie cellulaire, repensé
Gracieuseté de Christopher Moore / Georgia Tech
Tentzeris dit que lui et ses collègues sont à la recherche de financement et désireux de travailler avec des entreprises de télécommunications. Cela a du sens: ces entreprises pourraient intégrer les autocollants rectenna autour des villes pour augmenter les réseaux 5G qu’elles sont déjà en train de construire. Le résultat final pourrait être une sorte de nouvelle ère téléphone portable plan.
«Au début des années 2000, les entreprises sont passées de la voix aux données. Maintenant, en utilisant cette technologie, elles peuvent également ajouter de la puissance aux données / communications», déclare Tentzeris.
À l’heure actuelle, les autocollants rectenna ne peuvent pas collecter une énorme quantité d’énergie – à peu près 6 microwatts d’électricité, ou assez pour alimenter certains petits appareils IoT, à une distance de 180 mètres. Mais dans les tests en laboratoire, l’appareil est toujours capable de collecter environ 21 fois plus d’énergie que des appareils similaires en développement.
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De plus, l’accessibilité est du côté de l’équipe, puisque le système est entièrement imprimable. Tentzeris dit qu’il ne coûte que quelques centimes pour produire une unité à travers la fabrication additive. Dans cet esprit, il dit qu’il est possible d’intégrer l’autocollant rectenne dans un vêtement ou même de le coudre dans des vêtements.
«L’évolutivité était très importante, vous parlez de milliards d’appareils», déclare Tentzeris. «Vous pourriez faire travailler un excellent prototype en laboratoire, mais quand quelqu’un vous demande:« Est-ce que tout le monde peut l’utiliser? » vous devez pouvoir dire oui. »
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