Investigadores de la Universidad de Tohoku (Japón), la Universidad Nacional de Singapur y la Universidad de Messina (Italia) han desarrollado una tecnología novedosa para aprovechar de manera eficiente las señales de radiofrecuencia (RF) ambientales de baja potencia y convertirlas en energía de corriente continua (CC). Esta tecnología de rectificador se puede integrar fácilmente en módulos de recolección de energía para alimentar dispositivos electrónicos y sensores, lo que permite un funcionamiento sin batería.
La recolección y posterior conversión de fuentes de energía ambientales en energía utilizable se denomina recolección. Los dispositivos pequeños pueden recolectar la energía, lo que puede reducir la dependencia de la batería, extender la vida útil del dispositivo y minimizar el impacto ambiental.
La desventaja de este método es que la fuente de la señal normalmente tiene que estar muy cerca del dispositivo electrónico en cuestión. Las tecnologías existentes, como el diodo Schottky, enfrentan desafíos en términos de baja eficiencia de conversión de RF a CC para señales de RF ambientales débiles (normalmente menos de -20 dBm).
Rectificador de espín
Para abordar este desafío, el equipo de investigación ha desarrollado una tecnología de rectificador compacta y sensible que utiliza un rectificador de espín (SR) a escala nanométrica para convertir las señales de radiofrecuencia inalámbricas ambientales de menos de -20 dBm en un voltaje de CC. El rectificador de espín consiste en una unión de túnel magnético a escala nanométrica hecha de CoFeB/MgO, que se utiliza en una tecnología de memoria no volátil.
El equipo optimizó los dispositivos SR, prestando especial atención a la anisotropía magnética del material, la geometría del dispositivo y las propiedades de la barrera de efecto túnel. Posteriormente, se probó el rendimiento de la conversión de RF a CC para dos configuraciones: una sola rectenna basada en SR que funciona entre -62 dBm y -20 dBm, y una matriz de 10 SR en serie. Al integrar la matriz de rectificador de espín en un módulo de recolección de energía, se alimentó con éxito un sensor de temperatura comercial a -27 dBm.
Los investigadores están explorando ahora la integración de una antena en un chip para mejorar la eficiencia y la compacidad. El equipo también está desarrollando conexiones en serie-paralelo para ajustar la impedancia en grandes conjuntos de SR, utilizando interconexiones en chip para conectar SR individuales. Este enfoque tiene como objetivo mejorar la forma en que se aprovecha la energía de RF. El estudio de esta tecnología puede conducir a la adopción de una alternativa energética ecológica y autosostenible que podría resolver muchos problemas en el futuro.