El senyal wifi, convertit en electricitat

Transmetre energia elèctrica a través de l'aire era una de les idees que Nikola Tesla va arribar a patentar ja fa més d'un segle. Ara, investigadors d'universitats dels EUA i Espanya han aconseguit capturar l'energia continguda en el senyal emès per dispositius wifi i convertir-la en electricitat. Fent servir un nanomaterial de només tres àtoms de gruix, han dissenyat una antena que transforma les ones electromagnètiques en corrent continu. Encara que la potència assolida no supera el rang dels microwatts, la flexibilitat mecànica del material i l'omnipresència dels senyals electromagnètics necessaris per connectar milions d'ordinadors i mòbils a internet apropen el somni d'una electrònica que es trobi a tot arreu. És a dir, que de cada senyal sense fils es pugui obtenir electricitat.

"Tota radiació electromagnètica conté energia", explica el professor d'enginyeria elèctrica i informàtica de l'Institut Tecnològic de Massachusetts (EUA) Tomás Palacios. "No és gaire diferent de la llum solar, només canvia la freqüència que, en el wifi, és molt més baixa", afegeix el responsable del Grup de Materials i Dispositius Semiconductors Avançats del MIT i coautor d'aquesta investigació.

Una antena especial (rectena) capta el senyal sense fils i converteix el seu corrent altern en continu

Els científics han creat un dispositiu que aconsegueix capturar l'energia utilitzada pel senyal wifi per transmetre dades o captar-les. Aquest senyal es propaga en totes direccions, tot i que la destinació de la informació sigui un únic punt. La resta es perd. Per aprofitar-la, els investigadors van crear una antena especial (rectena o antena rectificadora) que rep la radiació emesa per dispositius sense fils, com els routers o punts d'accés sense fils, però també qualsevol aparell amb wifi, com portàtils, televisors, mòbils, tauletes... que utilitzen les mateixes freqüències, és a dir, les bandes dels 2.4 gigahertzs (GHz) i els 5.6 GHz.

El problema és que aquesta energia de l'ambient arriba fins a l'antena com a corrent altern i cal rectificar-la. "És com una pila que canviés de polaritat contínuament. Per alimentar els circuits electrònics necessitem un voltatge constant", subratlla Palacios. Per aconseguir aquesta conversió a corrent continu –i aquesta és la gran aportació de la investigació, publicada a la revista Nature– han dissenyat un díode amb un material que té unes propietats físiques, mecàniques i elèctriques que no té ni el grafè: el disulfur de molibdè (MoS₂).

Nikola Tesla ja va patentar un sistema per enviar electricitat per l’aire fa més d’un segle

Com el grafè, el MoS₂ és un material bidimensional. Si el primer té un gruix d'un àtom, el segon en té tres. Això els dona una flexibilitat que mai tindran el silici o l'arsenur de gal·li, sobre els quals se sustenten l'electrònica i tecnologia actuals. Tots dos són també fàcils i molt barats de produir. Però, a diferència del MoS₂, el grafè no és un semiconductor, i això limita les seves possibilitats en el camp de l'electrònica.

En l'antena rectificadora fabricada per l'equip de Palacios, l'energia captada arriba com a corrent altern a un dels elèctrodes (ànode, fet de pal·ladi) i surt amb polaritat constant per l'altre elèctrode (càtode, d'or). Entremig, l'encarregat de fer la màgia és el disulfur de molibdè (MoS₂) i ho fa a una velocitat ideal per a les altes freqüències que fan servir els senyals de wifi. "Ens permet crear un díode prou ràpid per rectificar fins i tot en la banda dels 10 GHz", comenta el professor del grup de microones i radar de la Universitat Politècnica de Madrid i coautor de la investigació, Jesús Grajal de la Fuente.

Però per a aquest enginyer, igual que per a Palacios, la clau del dispositiu és la seva enorme flexibilitat. "Davant del MoS₂, el silici és un totxo", diu. A més de car i fràgil, per més que avanci la miniaturització, sempre serà rígid. Aquella és una característica que arriba al seu extrem només en els materials bidimensionals i que permetria, per exemple, cobrir una paret o tot un edifici de sensors que s'alimentarien de l'energia de l'ambient.

"¿I si fóssim capaços de desenvolupar sistemes electrònics que poguéssim desplegar al llarg d'un pont o cobrir tota una autopista o les parets de les nostres oficines i portar la intel·ligència electrònica a tot el que ens envolta? D'on trauries l'energia per a tanta electrònica?", pregunta Palacios. No hi hauria bateries ni endolls suficients. Només endollant-los a l'aire, a l'energia sense fils, es podria imaginar alguna cosa així.

Els creadors del sistema imaginen un futur en què l’electrònica serà arreu i s’alimentarà de l’energia ambiental

En tot això hi ha una limitació que resulta que és la seva gran virtut. La potència del senyal wifi (i la d'altres tecnologies sense fils, com les comunicacions mòbils de quarta i cinquena generació) és per necessitat molt baixa. "El wifi necessita entorn dels 100 microwatts, 100.000 vegades menys potència de la requerida per encendre una bombeta led", recorda Palacios. Així que no es podrà carregar el portàtil amb una d'aquestes antenes especials.

"És poc, però n'hi haurà prou per alimentar sensors de tot tipus. Ara, l'electrònica està limitada a objectes macroscòpics, el mòbil, l'ordinador, el cotxe. En el futur serà arreu. Serà a la roba que portem, dins de nosaltres, als edificis... i aprofitarà l'energia de l'ambient", assenyala el professor espanyol del MIT.