ค้นพบใหม่ อุปกรณ์เปลี่ยนสัญญาณ Wi-Fi เป็นพลังงานไฟฟ้า แหล่งพลังงานใหม่อุปกรณ์อัจฉริยะ

หลายคนน่าจะคิดตรงกันว่า การที่เราต้องเสียบสายชาร์จโทรศัพท์มือถือเป็นอะไรที่น่าเบื่อสุดๆ เพราะระหว่างที่เสียบสายอยู่จะเอามือถือไปใช้งานที่ไหนก็ไม่ได้ แต่นวัตกรรมใหม่นี้จะมาเปลี่ยนแปลงชีวิตของเราไปตลอดกาล (หรือเปล่า?) เมื่อนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างอุปกรณ์ที่สามารถบิดงอได้ และมันสามารถสะสมพลังงานจากสัญญาณ Wi-Fi และไม่ใช่แค่เก็บสะสมเท่านั้น มันยังสามารถแปลงสัญญาณ Wi-Fi ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ด้วย ซึ่งแน่นอนว่าสามารถเป็นแหล่งพลังงานให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้เลย โดยที่ไม่ต้องเสียบสาย ไม่ต้องง้อแบตเตอรี่

โดยอุปกรณ์ที่มีการสร้างขึ้นมาใหม่นี้มีชื่อว่า Rectenna ซึ่งเป็นคำสรุปย่อของ 'Rectifying antenna' หรือ 'เสาอากาศเปลี่ยนพลังงาน' มันเป็นเสาอากาศที่สามารถเปลี่ยนพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้เป็น ไฟฟ้ากระแสตรง หรือไฟฟ้า DC (Direct Current)

ความแตกต่างระหว่างไฟฟ้ากระแสตรง DC ที่ระดับแรงดันคงที่ตลอด กับไฟฟ้ากระแสสลับ AC ที่ระดับแรงดันมีการแกว่งขึ้นลง

โดยอุปกรณ์ Rectenna จากทีมที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน MIT และ Technical University of Madrid จากประเทศสเปน ได้ใช้เสาอากาศขนาดเล็กเพื่อดักจับคลื่นความถี่วิทยุ (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ซึ่งคลื่น Wi-Fi นั้นก็เป็นคลื่นความถี่วิทยุแบบหนึ่งเช่นกัน แต่คลื่นวิทยุเหล่านี้ จะมีลักษณะเป็น ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือไฟฟ้า AC (Alternating Current)

โดยคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ AC จากเสาเอาอากาศ จะถูกนำมาปรับเปลี่ยนให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง DC ด้วยอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ ซึ่งไฟฟ้ากระแสตรง สามารถนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้เลย โดยพลังงานไฟฟ้าที่อุปกรณ์นี้สามารถผลิตได้นั้นมีขนาดที่เล็กเพียง 40 ไมโครวัตต์ ซึ่งก็เพียงพอสำหรับการใช้งานกับหลอดไฟ LED หรือชิปอิเล็กทรอนิกส์ที่กินพลังงานต่ำ

อุปกรณ์ Rectenna

ขอบคุณภาพประกอบจากวารสาร Nature

และด้วยความที่อุปกรณ์ Rectenna นั้นสามารถบิดงอได้ ทำให้รองรับการติดตั้งบนพื้นที่ที่หลากหลาย อย่างเช่นบนวอลล์เปเปอร์ของห้อง หรือแม้แต่การติดตั้งในอุปกรณ์พกพาขนาดเล็กอย่างสมาร์ทโฟน รวมไปถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ต้องฝังเข้าไปในร่างกาย หรือเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ที่มนุษนย์สามารถกลืนเข้าไปในร่างกายได้

โดยคุณ Jesús Grajal ซึ่งเป็นวิศวกรจากสถาบัน Technical University of Madrid กล่าวว่า "ข้อดีคืออุปกรณ์นี้ทำให้เราไม่ต้องติดตั้งแบตเตอรี่ให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใดๆ ทำให้มันปลอดภัยสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ต้องอยู่ในร่างกายมนุษย์ ทำให้ผู้ป่วยไม่ต้องเสี่ยงกับการเสียชีวิตเพราะเกิดการรั่วไหลของสารลิเธี่ยมที่อยู่ในแบตเตอรี่ และยอดเยี่ยมมากที่เราสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อม เพื่อที่จะใช้เป็นแหล่งพลังงานให้กับห้องแลปขนาดเล็กที่อยู่ในร่างกาย รวมถึงอุปกรณ์เซ็นเซอร์ในร่างกายยังสามารถสื่อสารข้อมูลกับระบบคอมพิวเตอร์ภายนอกได้ด้วย"

แต่ต้องทำความเข้าใจก่อนว่า นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่มีการสร้างอุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในอากาศให้เป็นพลังงานไฟฟ้า แต่ในเทคโนโลยีก่อนหน้านั้นมีการใช้ อุปกรณ์ Rectenna นั้นผลิตขึ้นมาจากสาร ซิลิคอน (Silicon) และ แกลเลียมอาร์เซไนด์ (Gallium arsenide) ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่แข็งแรง และต้นทุนการผลิตสูง

โดยในเทคโนโลยี Rectenna ล่าสุดนี้ ทีมงานได้สร้างมันขึ้นมาจากวัสดุ โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (Molybdenum disulfide หรือ MoS2) ทำให้สามารถสร้างเสาอากาศที่มีความบางมากๆ และมีคุณสมบัติพิเศษคือสามารถจับคลื่นความถี่สูงระดับ กิกะเฮิรตซ์ ซึ่งเป็นย่านความถี่ของสัญญาณ Wi-Fi

คุณ Xu Zhang วิศวกรจากสถาบัน MIT กล่าวว่า "มันเหมาะที่จะใช้กับอุปกรณ์ที่สามารถบิดงอได้ และมันมีความไวมากพอที่จะจับคลื่นวิทยุที่ใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในชีวิตประจำวันของพวกเรา ไม่ว่าจะเป็นสัญญาณ Wi-Fi, บลูทูธ, คลื่นความถี่ 4G และความถี่อื่นๆ อีกมากมาย"

และมีมันต้นทุนการผลิตต่ำสำหรับการผลิตในสเกลขนาดใหญ่ ทำให้สามารถนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวาง

คุณ Tomás Palacios วิศวกรจากห้องแลปในสถาบัน MIT/MTL กล่าวว่า "จะเป็นอย่างไรถ้าเราสามารถสร้างระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถห่อหุ้มสะพาน หรือถนนหลวงทั้งสาย กำแพงในออฟฟิศ หรือติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะเข้ากับทุกๆ สิ่งทุกๆ อย่างรอบตัวเรา แล้วเราจะให้พลังงานไฟฟ้ากับอุปกรณ์ที่มากมายเหล่านั้นได้อย่างไร? และ Rectenna เป็นเทคโนโลยีทำให้พวกเราพบกับแหล่งพลังงานใหม่สำหรับอนาคต มันสามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าจากสัญญาณ Wi-Fi รวมถึงคลื่นความถี่วิทยุในสภาพแวดล้อม และสามารถนำไปติดตั้งในพื้นที่ขนาดใหญ่ เพื่อทำให้อุปกรณ์อัจฉริยะทุกชิ้นรอบตัวเราสามารถทำงานได้"

และในตอนนี้ทีมงานกำลังสร้างระบบการเก็บเกี่ยวพลังงานจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในขนาดที่ใหญ่ขึ้น รวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ Rectena

โดยรายละเอียดของงานวิจัยชิ้นนี้เผยแพร่ผ่านวารสาร Nature