Imaginez un monde où les smartphones, les ordinateurs portables et divers appareils électroniques nomades seraient alimentés sans utiliser de batteries. Des chercheurs du MIT ont fait un pas dans cette direction, avec le premier dispositif flexible capable de convertir les signaux Wi-Fi en électricité.
Les appareils qui convertissent les ondes électromagnétiques en courant continu sont appelés « rectennas ». Les chercheurs font la démonstration d’un nouveau type de rectenne, décrit dans la revue Nature, qui utilise une antenne radiofréquence (RF) flexible qui capte les ondes électromagnétiques – y compris celles qui transportent le Wi-Fi – sous forme d’ondes AC.
L’antenne est ensuite connectée à un nouveau dispositif constitué d’un semi-conducteur bidimensionnel de quelques atomes d’épaisseur. Le signal AC circule dans le semi-conducteur, qui le convertit en une tension continue afin d’alimenter des circuits électroniques ou recharger des batteries.
De cette façon, l’appareil sans batterie capture et transforme passivement les signaux Wi-Fi omniprésents en courant continu utile. De plus, l’appareil est flexible et peut être fabriqué sous forme de couches minces pour couvrir de très grandes surfaces.
« Et si nous pouvions développer des systèmes électroniques que nous pourrions enrouler autour d’un pont ou couvrir une autoroute entière, ou les murs de notre bureau et apporter l’intelligence électronique à tout ce qui nous entoure ? » a déclaré Tomás Palacios, professeur au Département d’électrotechnique et d’informatique et directeur du Centre MIT/MTL, et co-auteur du document. « Nous avons trouvé une nouvelle façon d’alimenter les systèmes électroniques du futur – en exploitant l’énergie Wi-Fi d’une manière qui s’intègre facilement dans de vastes zones – pour apporter de l’intelligence à chaque objet qui nous entoure« .
Les premières applications prometteuses proposées comprennent l’alimentation en courant d’appareils électroniques souples et portables, des dispositifs médicaux et de capteurs pour « l’internet des objets ». Les smartphones flexibles, par exemple, sont un nouveau marché en vogue pour les grandes entreprises technologiques. L’appareil conçu par les chercheurs peut produire environ 40 microwatts de puissance lorsqu’il est exposé à des niveaux de puissance typiques des signaux Wi-Fi (environ 150 microwatts). C’est plus que suffisant pour éclairer un simple écran mobile ou des puces de silicium.
« Une autre application possible est l’alimentation des communications de données des dispositifs médicaux implantables« , selon le co-auteur Jesús Grajal, chercheur à l’Université technique de Madrid. « Par exemple, les chercheurs commencent à mettre au point des pilules qui peuvent être avalées par les patients et en mesure de transmettre les données vers un ordinateur à des fins de diagnostic. »
« Idéalement, il ne faut pas utiliser de batteries pour ce genre de systèmes, car s’il y a une fuite de lithium, le patient pourrait mourir « , a expliqué M. Grajal. « Il vaut mieux récupérer l’énergie de l’environnement pour alimenter ces petits laboratoires à l’intérieur du corps et communiquer les données à des ordinateurs externes. »
Tous les rectennas reposent sur un composant appelé « redresseur », qui convertit le signal d’entrée CA en courant continu. Les rectennas traditionnelles utilisent soit de l’arséniure de silicium, soit de l’arséniure de gallium pour le redresseur. Ces matériaux peuvent couvrir la bande Wi-Fi, mais ils sont rigides. Et, bien que l’utilisation de ces matériaux pour fabriquer de petits dispositifs soit relativement peu coûteuse, leur utilisation pour couvrir de vastes zones, comme les surfaces des bâtiments et des murs, serait prohibitive. Les chercheurs tentent de résoudre ces problèmes depuis longtemps. Mais les quelques rectennas flexibles signalés jusqu’à présent fonctionnent à basses fréquences et ne peuvent pas capturer et convertir les signaux en gigahertz, là où se trouvent la plupart des signaux des téléphones portables et Wi-Fi pertinents.
Pour construire leur redresseur, les chercheurs ont utilisé un nouveau matériau 2D appelé disulfure de molybdène (MoS2), qui, avec trois atomes d’épaisseur, est l’un des semi-conducteurs les plus fins au monde. Ce faisant, l’équipe a tiré parti d’un comportement particulier de MoS2 : lorsqu’ils sont exposés à certains produits chimiques, les atomes du matériau se réorganisent d’une manière qui agit comme un commutateur, forçant une transition de phase d’un semi-conducteur à un matériau métallique.
Cette structure est connue sous le nom de diode Schottky, qui est la jonction d’un semi-conducteur avec un métal.
Image: Christine Daniloff
Évidemment, ce n’est pas une démonstration que le Wifi peut conduire à une résonance avec les neurones du cerveau et induire des problèmes…