Các nhà nghiên cứu đến từ Đại Học Duke University đã phát minh ra một mạch điện có khả năng điều chỉnh để thu năng lượng vi sóng từ nhiều nguồn khác nhau xung quanh chúng ta như vệ tinh, âm thanh hoặc sóng Wifi. Họ cho biết, thiết bị này có thể chuyển hóa năng lượng bị tổn thất thành dòng điện một chiều (DC) với hiệu suất tương đương với các tấm pin năng lượng mặt trời hiện nay.
Hai sinh viên của Đại Học Duke University là Allen Hawkes và Alexander Katko, làm việc dưới hướng dẫn của Giáo Sư chuyên ngành Điện và Điện Toán Steven Cumber, đã sử dụng 5 sợi thủy tinh và các dây dẫn bằng đồng để tao nên một chuỗi siêu vật liệu gồm năm thành phần nhỏ hơn (five-cell metamaterial array). Nhóm nghiên cứu cho biết, mạch điện được tạo thành có thể thu vi sóng và chuyển hóa chúng thành năng lượng điện ở mức 7.3V. Để cho dễ liên tưởng, thì bạn có thể so sánh hiệu điện thế này với hiệu điện thế của các đầu sạc USB dành cho thiết bị di động (thường ở hiệu điện thế khoảng 5V).
Anh Hawkes cho biết : “Chúng tôi đang cố gắng để đạt đến hiệu suất tối đa có thể. Hiệu suất năng lượng mà chúng tôi đã đạt được nằm trong khoảng từ 6-10%. Thế nhưng với thiết kế mới này, chúng tôi có thể sẽ cải thiện được mức độ chuyển hóa năng lượng lên tới 37%. Qua đó có thể đưa sản phẩm này vào chung bảng với các tấm pin năng lượng mặt trời.”
Ngoài vi sóng, các nhà nghiên cứu cũng cho biết rằng, chuỗi siêu vật liệu (metamaterial array) có thể điều chỉnh để thu năng lượng trong một khoảng tần số khá rộng, từ những dao động đến sóng âm thanh.
“Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu với siêu vật liệu (metamaterial) vẫn chỉ nằm trên lý thuyết”, anh Katko cho biết. “Nhưng chúng tôi đang chứng minh rằng, chỉ cần với một chút nghiên cứu, những vật liệu đó có thể hữu dụng với cả các ứng dụng phổ thông. Đặc tính của siêu vật liệu cho phép thiết kế linh hoạt với các ứng dụng mà vốn không thể làm được với thiết bị thông thường như antennas. Khi các antennas truyền thống được đặt quá gần nhau trong một không gian, chúng sẽ tự tương tác và gây ảnh hưởng đến hoạt động của nhau. Trong quá trình thiết kế chuỗi siêu vật liệu, chúng tôi đã cân nhắc đến những hiệu ứng này. Qua đó cho phép các phần tử (cells) của chuỗi có thể làm việc cùng với nhau.”
Anh Katko cũng gợi ý về việc sử dụng lớp phủ siêu vật liệu lên trần nhà để thu sóng Wi-Fi hoặc tái sử dụng các nguồn năng lượng bị tổn thất từ các thiết bị gia dụng để nâng cao hiệu suất sử dụng điện. Nhưng một trong những ứng dụng tiềm năng hấp dẫn nhất của sản phẩm này chính là việc tích hợp chúng vào trong thiết bị di động. Các nhà nghiên cứu cho biết, điều này hoàn toàn có thể thực hiện với một vài điều chỉnh nhỏ về công nghệ. Và những người ở nơi xa xôi hẻo lánh sẽ có thể thu năng lượng trực tiếp từ các đài phát sóng điện thoại.
Giáo Sư Cummer cho biết thêm “Nghiên cứu của chúng tôi đã cho thấy một hướng tiếp cận đơn giản và ít tốn kém để thu năng lượng điện từ. Điều thú vị trong thiết kế này đó là các thành phần được xây dựng dạng khối cơ bản (blocks) hoàn toàn khép kín và có thể thêm bớt tự do. Nếu muốn nâng cao lượng điện năng thu được, bạn chỉ cần đơn giản ghép thêm các khối vào là xong”.
Bằng cách này, một chuỗi các khối cơ bản có thể được lắp đặt để thu năng lượng từ vệ tinh bay ngang qua đầu. Mặc dù lượng năng lượng này không thấm vào đâu, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng nó đủ dùng cho một mạng lưới cảm biến từ xa để thu thập tín hiệu bất thường từ những vị trí xa xôi.
Thiết bị thu năng lượng của nhóm được trình bày chi tiết trong link ở cuối bài viết:
Người dịch: Trungmaster, theo Gizmag
Link luận văn:
A.M. Hawkes et.al, “A microwave metamaterial with integrated power harvesting functionality”, Appl. Phys. Lett. 103, 163901 (2013)
