Thiết bị chuyển hóa sóng vô tuyến thành điện năng

Các nhà nghiên cứu thuộc công ty hạ tầng truyền thông Nhật Bản Nihon Dengyo Kosaku, thường gọi là DENGYO, đã phát triển một thiết bị có khả năng biến sóng vô tuyến trong không khí thành điện năng. Thiết bị này được đặt tên là rectenna, cách ghép giữa rectifier, bộ chỉnh lưu có thể chuyển điện xoay chiều AC thành điện một chiều DC, và antenna, tức ăng-ten thu tín hiệu. Ý tưởng cốt lõi khá đơn giản nhưng đáng chú ý: tận dụng những tín hiệu vô tuyến vốn đang lan truyền xung quanh thay vì để chúng đi qua môi trường mà không tạo thêm lợi ích nào. Rectenna có thể tiếp nhận cả tín hiệu WiFi lẫn tín hiệu số mặt đất, sau đó chuyển một phần năng lượng của chúng thành dòng điện sử dụng được. Lượng điện tạo ra không cố định, bởi nó phụ thuộc trực tiếp vào cường độ sóng vô tuyến hiện diện tại khu vực đặt thiết bị và khoảng cách tới nguồn phát. Dù công suất thu được còn nhỏ, công nghệ này mở ra hướng khai thác những nguồn năng lượng phân tán trong môi trường cho các ứng dụng tiêu thụ điện rất thấp. Nhóm nghiên cứu chế tạo hai phiên bản rectenna với kích thước khác nhau, trong đó thiết bị nhỏ dày 12mm được thiết kế để chuyển hóa tín hiệu WiFi. Phiên bản lớn hơn có độ dày 30mm, đảm nhiệm việc thu và chuyển đổi tín hiệu số mặt đất phát trong không gian rộng hơn. Cả hai thiết bị đều có hình dạng giống một miếng đệm phẳng, mềm, màu trắng, tạo cảm giác gần gũi hơn nhiều so với hình dung thông thường về một thiết bị điện tử phức tạp. Tại trung tâm triển lãm Tokyo Big Sight, các kỹ sư DENGYO đã trực tiếp trình diễn khả năng hoạt động của hai mẫu thiết bị trước khách tham quan. Phiên bản WiFi tạo ra lượng điện được tính bằng đơn vị microwatt khi đặt cách nguồn phát khoảng 10cm, mức công suất khiêm tốn nhưng vẫn đủ cung cấp năng lượng cho một cảm biến nhỏ. Điều này cho thấy rectenna chưa hướng tới việc thay thế nguồn điện thông thường, mà phù hợp hơn với những thiết bị chỉ cần một lượng năng lượng rất thấp để hoạt động hoặc gửi dữ liệu. Phiên bản thu tín hiệu số mặt đất cũng được thử nghiệm ngay bên trong hội trường Tokyo Big Sight, nơi thiết bị sản sinh khoảng 1,2mV và 0,06μW điện năng. Nguồn tín hiệu mà rectenna tiếp nhận đến từ một chương trình truyền hình số mặt đất phát bởi trạm phát sóng Tokyo, cách địa điểm trình diễn khoảng 5,5km. Kết quả này chứng minh thiết bị vẫn có thể thu năng lượng từ tín hiệu truyền đi trong khoảng cách đáng kể, dù công suất cuối cùng phụ thuộc mạnh vào điều kiện môi trường và vị trí lắp đặt. Các con số nói trên có thể chưa gây ấn tượng nếu so với lượng điện cần cho điện thoại, máy tính hoặc những thiết bị gia dụng quen thuộc trong đời sống. Tuy nhiên, một cảm biến nhỏ thường chỉ cần mức năng lượng rất thấp, vì vậy vài microwatt thu được liên tục vẫn có thể trở nên hữu ích trong những hoàn cảnh phù hợp. Khi nhiều cảm biến được triển khai tại nơi khó thay pin hoặc khó kéo dây điện, khả năng tận dụng sóng vô tuyến sẵn có có thể giúp giảm công việc bảo trì. Nhóm nghiên cứu cho rằng những rectenna công suất thấp này có thể phục vụ nhiều mục đích khác nhau, đồng thời tạo nền tảng cho những thiết bị mới biết tận dụng các nguồn điện nhỏ trong môi trường. Hiệu quả của chúng có thể tăng tại những khu vực nằm gần trạm phát, nơi cường độ tín hiệu vô tuyến thường cao hơn so với các địa điểm xa nguồn. Nói cách khác, cùng một thiết bị có thể tạo ra lượng điện khác nhau tùy vị trí, cấu trúc xung quanh và mức năng lượng của tín hiệu hiện diện tại đó. Một thử nghiệm khác cho thấy rectenna từng sản xuất được 6mW điện năng khi đặt ở vị trí cách tháp phát khoảng 3 hoặc 4km. Mức này cao hơn đáng kể so với kết quả đo trong hội trường, qua đó nhấn mạnh vai trò quyết định của khoảng cách và cường độ sóng đối với hiệu suất chuyển đổi. DENGYO chưa biến sóng vô tuyến thành nguồn điện lớn cho đời sống, nhưng đã cho thấy những tín hiệu vô hình quanh con người vẫn có thể được thu nhận, chuyển hóa và sử dụng cho các thiết bị nhỏ trong tương lai.