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I dispositivi elettronici possono raccogliere energia da soli?
L'utilità dell'Internet delle cose dipenderà da piccoli sensori posizionati praticamente ovunque per acquisire dati sull'ambiente o tracciare prodotti e persone. Per avere il massimo impatto, tali sensori dovranno funzionare anche senza essere collegati o dipendere dalle batterie che devono essere ricaricate o sostituite. Ecco perché gli ingegneri stanno sviluppando sensori in grado di cavarsela con l'energia raccolta da fonti ambientali, come luce, variazioni di temperatura e onde radio. Ecco alcuni esempi.
I ricercatori dell'Università di Washington hanno sviluppato un nuovo sensore che raccoglie energia dai cambiamenti graduali della temperatura e potrebbe essere utilizzato per rilevare problemi come perdite o crepe negli edifici.
Retrodiffusione
Shyam Gollakota dell'Università di Washington e il suo team hanno creato un modo per connettere i dispositivi a Internet che consuma pochissima energia e non richiede batterie. I dispositivi catturano l'energia a radiofrequenza che ci circonda da radio, TV e reti di telefoni cellulari. Gollakota e colleghi non sono i primi a raccogliere energia a radiofrequenza, ma la loro tecnologia fa un ulteriore passo avanti perché può anche facilitare le comunicazioni tramite Wi-Fi, che normalmente richiederebbe molta più energia di quella che può essere catturata dalle onde radio ambientali. Lo fanno con la tecnologia che chiamano retrodiffusione Wi-Fi. Hanno sviluppato tag con antenne che alternano tra la riflessione e l'assorbimento delle onde radio ambientali. In modalità assorbente raccolgono potenza; in modalità di riflessione possono disperdere l'energia della radiofrequenza in modi che un router Wi-Fi nelle vicinanze può rilevare. Il tag utilizza meno di 10 microwatt di potenza per comunicare tramite queste riflessioni, rispetto ai watt di potenza necessari per trasmettere effettivamente i segnali Wi-Fi. Oggi, il tag può comunicare su un raggio di due metri, ma i ricercatori sperano di estenderlo a 20 metri. I ricercatori dimostrano la tecnologia in questo video e spiegalo dentro questo articolo.
Percepire il cambiamento
Un altro gruppo di ricercatori dell'Università di Washington ha sviluppato un dispositivo di rilevamento che sfrutta i graduali cambiamenti di temperatura nell'ambiente. I sensori potrebbero monitorare perdite d'acqua o problemi strutturali negli edifici e inviare avvisi wireless. La chiave per far funzionare questa tecnologia è un soffietto a fisarmonica all'interno del dispositivo riempito con un gas che si espande o si contrae in base alla temperatura; questo movimento viene convertito in elettricità. I ricercatori hanno dimostrato che una variazione di temperatura di soli 0,25 °C è sufficiente per alimentare un nodo sensore, trasmettere dati a un ricevitore a più di cinque metri di distanza e aggiornare un display e-ink che mostra la temperatura. Il sensore è descritto nel documento Alimentazione dei nodi dei sensori wireless con variazioni della temperatura ambiente e mostrato in questo video.
Antenna su chip
I ricercatori di Stanford e dell'Università della California, Berkeley, hanno realizzato una radio autosufficiente delle dimensioni di una formica. La sua antenna raccoglie energia sufficiente da un segnale in ingresso per eseguire il comando incorporato in essa. Con un costo di pochi centesimi, queste radio potrebbero offrire agli ingegneri un modo conveniente per connettere quasi tutti i tipi di dispositivi a Internet. Il chip è stato descritto in a carta presentato al Simposio 2014 sui circuiti VLSI.
Nanogeneratore
I ricercatori della Georgia Tech stanno creando nanogeneratori in grado di raccogliere energia dalla carica elettrica prodotta quando due diversi materiali si sfregano insieme. Ciò significa che potrebbe essere possibile sfruttare l'energia meccanica, altrimenti sprecata, che deriva dal vento, dalle onde o dal camminare, afferma Zhong Lin Wang, il professore che guida la ricerca. I ricercatori hanno dimostrato come i generatori possono illuminare fino a 1.000 luci a LED, ma la speranza è di alimentare gli smartphone o consentire ai sensori di autoalimentarsi per rilevare movimenti, vibrazioni, perdite o esplosioni. La ricerca sui generatori è stata descritta in diversi articoli, incluso un articolo in Comunicazioni sulla natura a marzo che spiega come il generatore può caricare l'elettronica. Lin Wang spiega in questo l'effetto triboelettrico prodotto da due diversi materiali video.
L'asporto:
Alla fine, potremmo essere in grado di far funzionare telefoni e tablet con l'energia ambientale raccolta, dopo che tali dispositivi saranno stati rielaborati per richiedere una quantità notevolmente inferiore di energia. Ma per ora, la raccolta di energia è promettente solo per piccoli sensori e radio. Le versioni odierne dei telefoni cellulari e dei laptop che utilizziamo ogni giorno richiedono ordini di grandezza in più di potenza.
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