INOVAÇÃO

Dispositivo permite carregar aparelhos com ondas de wi-fi

Dispositivo flexível criado nos Estados Unidos converte ondas eletromagnéticas presentes no ambiente, como as do wi-fi, em energia para carregar aparelhos eletrônicos. Uso de semicondutor inédito garante rapidez e versatilidade à invenção

Reprodução

Ele está por toda a parte, mas não pode ser visto por ninguém. Se você pensou no famoso e prestigiado wi-fi, acertou. É justamente essa abundância das ondas eletromagnéticas que levou pesquisadores do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, a buscar aplicações além do acesso à internet. Em parceria com cientistas de outras cinco universidades, eles desenvolveram um dispositivo flexível capaz de captar essas ondas e convertê-las em energia elétrica para aparelhos eletrônicos. Em testes, a eficiência da solução foi de 30%. Especialistas apostam que a área de biossensores e de objetos cotidianos interconectados à internet serão as primeiras a se beneficiar da invenção. A aposentadoria das baterias também não está descartada.

Esse tipo de mecanismo se chama rectenna, uma junção dos nomes antena e retificador. Robert Bailey foi o responsável por inaugurar, em 1973, o ramo de dispositivos que convertem ondas eletromagnéticas, como sinais de celular e de televisão, em correntes elétricas para baterias e eletrônicos. Até o momento, contudo, o campo tem apresentado produtos rígidos e, consequentemente, restritos a algumas aplicações. Agora, a partir de um novo material, o dissulfeto de molibdênio (MoS2), os pesquisadores estadunidenses projetaram uma alternativa flexível e mais barata.

Para Tomás Palacios, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT, em um mundo com tantos eletrônicos, estruturas de rectennas flexíveis fazem mais sentido. “E se pudéssemos desenvolver sistemas eletrônicos para envolver uma ponte, cobrir uma rodovia inteira ou mesmo as paredes de nosso escritório? E se trouxéssemos informações eletrônicas para tudo ao nosso redor? Como você forneceria energia para eles?”, ilustra. “Criamos uma maneira de alimentar os sistemas eletrônicos do futuro — capturando a energia wi-fi de maneira que seja facilmente integrada em grandes áreas — para trazer inteligência a todos os objetos ao nosso redor.”

Detalhado no mês passado, na revista Nature, o sistema é composto por duas partes integradas e flexíveis: a antena e o retificador. A primeira é responsável por captar as frequências das ondas eletromagnéticas presentes no ambiente. A segunda recebe a informação e a transforma em energia elétrica. O sistema não é diferente do usado em eletrodomésticos comuns, lembra Gláucio Siqueira, professor do Centro de Estudos em Telecomunicações (CETUC) da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC/Rio). “Temos retificadores em aparelhos de casa. Por exemplo, a geladeira. Conectada à tomada, ela recebe uma tensão alternada, e o retificador a transforma na corrente elétrica contínua necessária para o funcionamento”, explica.

Material-chave

Contudo, é no retificador que está a parte mais difícil de todo o sistema, destaca Gláucio Siqueira. “Os principais desafios das rectennas são dois: eficiência e rapidez no processo de transformação das ondas eletromagnéticas em energia útil”, diz o especialista brasileiro. Para aumentar o desempenho de dispositivos do gênero e, ao mesmo tempo, propor materiais mais flexíveis e baratos, a equipe do MIT optou pelo uso do MoS2, um dos semicondutores mais finos do mundo, com apenas três átomos de espessura. Rectennas mais rígidas geralmente contêm arsenieto de silício ou gálio.

Professora do Departamento de Química da Universidade de Massachusetts em Amherst, nos Estados Unidos, Trisha Andrew destaca ao Correio que a manipulação do material é o ponto forte do estudo. “O MoS2 é um dos mais famosos de uma classe bem estudada de materiais chamados bidimensionais. O outro famoso é o grafeno. O trabalho do MIT é mais sobre a inovação feita na ciência de materiais, o que permitiu aos pesquisadores usar o MoS2, notoriamente meticuloso, como uma colheitadeira de ondas eletromagnéticas”, afirma Andrew.

Menor resistência

A opção pelo molibdênio não foi apenas por conta da elasticidade da substância. Quando exposto a alguns produtos químicos, os átomos do MoS2 se rearranjam e uma nova estrutura — metade semicondutora, metade metálica — surge. “Ao projetar esse material em uma junção de fase semicondutora/metálica de duas dimensões, construímos um dispositivo  atomicamente fino e ultrarrápido, capaz de minimizar, simultaneamente, a resistência em série e a capacitância parasitária do sistema”, explica, em comunicado, Xu Zhang, líder da pesquisa.

Presente em todo sistema elétrico, a capacitância parasita é responsável por reter energia ao longo do processo e dificultar a conversão de ondas eletromagnéticas em energia útil para o eletrônico. Contudo, essa propriedade é menor no novo  dispositivo do que em outras rectennas flexíveis, dando mais rapidez ao sistema do MIT. A partir da estrutura mista, a equipe estadunidense alcançou um total de 30% de eficiência, com a conversão de 150 microwatts — energia usual de ondas wi-fi — em 40 microwatts de energia elétrica útil, o suficiente para acender um LED. Outros tipos de retificadores, feitos a partir de arseneto de silício ou gálio, têm eficiência de 50% a 60%, embora não sejam flexíveis.

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