La señal wifi, convertida en electricidad

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Transmitir energía eléctrica a través del aire era una de las ideas que Nikola Tesla llegó a patentar hace más de un siglo. Ahora, investigadores de universidades de EE UU y España han logrado capturar la energía contenida en la señal emitida por dispositivos WiFi y convertirla en electricidad. Usando un nanomaterial de solo tres átomos de espesor, diseñaron una antena que transforma las ondas electromagnéticas en corriente continua. Aunque la potencia lograda no supera el rango de los microvatios, la flexibilidad mecánica del material y la omnipresencia de las señales electromagnéticas necesarias para conectar millones de ordenadores y móviles a internet acercan el sueño una electrónica que esté en todas partes.

“Toda radiación electromagnética contiene energía”, recuerda el profesor de ingeniería eléctrica e informática del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE UU), Tomás Palacios. “No es muy diferente de la luz solar, sólo cambia la frecuencia que, en el WiFi, es mucho más baja”, añade el responsable del Grupo de Materiales y Dispositivos Semiconductores Avanzados del MIT y coautor de esta investigación.

Una antena especial (rectena) capta la señal inalámbrica y convierte su corriente alterna en continua

Lo que han hecho ha sido crear un dispositivo que logra capturar la energía que usa la señal WiFi para transmitir datos o captarlos. Esta señal se propaga en todas direcciones aunque el destino de la información sea un único punto. El resto se pierde. Para aprovecharla, crearon una antena especial (rectena o antena rectificadora) que recibe la radiación emitida por dispositivos inalámbricos, como los routers o puntos de acceso inalámbrico, pero también cualquier aparato con WiFi, como portátiles, televisores, móviles, tabletas… que usan las mismas frecuencias, es decir, las bandas de los 2.4 gigahercios (GHz) y los 5.6 GHz.

El problema es que esta energía del ambiente llega hasta la antena como corriente alterna y hay que rectificarla. “Es como una pila que cambiara de polaridad continuamente. Para alimentar los circuitos electrónicos necesitamos un voltaje constante”, recuerda Palacios. Para lograr esta conversión a corriente continua, y aquí está la gran aportación de esta investigación publicada en Nature, han diseñado un diodo con un material que tiene unas propiedades físicas, mecánicas y eléctricas que ni el grafeno: el disulfuro de molibdeno (MoS2).

Nikola Tesla ya patentó un sistema para enviar electricidad por el aire hace más de un siglo

Como el grafeno, el MoS2 es un material bidimensional. Si el primero tiene un grosor de un átomo, el segundo lo tiene de tres. Eso les da una flexibilidad que jamás tendrán el silicio o el arseniuro de galio, sobre los que se sustentan la electrónica y tecnología actuales. Ambos son también fáciles y muy baratos de producir. Pero, a diferencia del MoS2, el grafeno no es un semiconductor, lo que limita sus posibilidades en el campo de la electrónica.

En la rectena fabricada por el equipo de Palacios, la energía captada por la antena llega como corriente alterna a uno de los electrodos (ánodo, hecho de paladio) y sale con polaridad constante por el otro electrodo (cátodo, de oro). Entremedias, el encargado de hacer la magia es el disulfuro de molibdeno (MoS2) y lo hace a una velocidad ideal para las altas frecuencias usadas en las señales WiFi. “Nos permite crear un diodo lo suficientemente rápido como para rectificar hasta en la banda de los 10 GHz”, comenta el profesor del grupo de microondas y radar de la Universidad Politécnica de Madrid y coautor de la investigación, Jesús Grajal de la Fuente.

Pero para este ingeniero, como para Palacios, la clave de su dispositivo es su enorme flexibilidad. “Frente al MoS2, el silicio es un ladrillo”, dice. Además de caro y frágil, por mucho que avance la miniaturización, siempre será rígido. Aquella es una característica que logra su extremo solo en los materiales bidimensionales y que permitiría, por ejemplo, cubrir una pared o todo un edificio de sensores que se alimentarían de la energía del ambiente.

“¿Y si pudiéramos desarrollar sistemas electrónicos que pudiéramos desplegar a lo largo de un puente o cubrir toda una autopista o las paredes de nuestras oficinas y llevar la inteligencia electrónica a todo lo que nos rodea? ¿De dónde sacarías la energía para tanta electrónica”, pregunta Palacios. No habría baterías ni enchufes suficientes. Solo enchufándolos al aire, a la energía inalámbrica, se podría imaginar algo así.

Los creadores del sistema imaginan un futuro donde la electrónica es ubicua y se alimenta de la energía ambiental

En todo esto hay una limitación que resulta ser su gran virtud. La potencia de la señal WiFi (y la de otras tecnologías inalámbricas, como las comunicaciones móviles de 4ª y 5ª generación) es por necesidad muy baja. “El WiFi necesita en torno a los 100 microvatios, 100.000 veces menos potencia de la requerida para encender una bombilla LED”, recuerda Palacios. Así que no se podrá cargar el portátil con una rectena de estas.

“Es poco, pero bastará para alimentar a sensores de todo tipo. Ahora, la electrónica está limitada a objetos macroscópicos, el celular, computadora, auto. En el futuro será ubicua. Estará en la ropa que llevemos, dentro de nosotros, en los edificios… y aprovechará la energía del ambiente”, sostiene el profesor español del MIT.