Teste da meta-antena (em destaque no pontilhado) dentro de uma câmera anecoica, que elimina sinais espúrios, permitindo aferir com precisão a eficiência da captura de energia.
[Imagem: Jiangfeng Zhou/Clayton Fowler]

Meta-antenas

Pesquisadores desenvolveram uma nova antena planar que representa um passo importante para tornar prática a coleta de energia de ondas de rádio, como as usadas em redes de telefonia celular, Wi-Fi ou conexões Bluetooth.

As ondas de rádio que hoje inundam todos os nossos ambientes têm potencial para serem "recicladas", fornecendo energia sem fio para sensores, LEDs e outros aparelhos simples com baixo consumo de eletricidade, como os da internet das coisas.

"Ao eliminar conexões com fios e baterias, essas antenas podem ajudar a reduzir custos, melhorar a confiabilidade e tornar alguns sistemas elétricos mais eficientes," disse o professor Jiangfeng Zhou, da Universidade do Sul da Flórida. "Isso seria útil para alimentar sensores domésticos inteligentes, como os usados para temperatura, iluminação e movimento, ou sensores usados para monitorar a estrutura de edifícios ou pontes, onde a substituição de uma bateria pode ser difícil ou impossível."

Várias equipes vêm tentando capturar energia de ondas de rádio há algum tempo, mas tem sido difícil obter energia suficiente para ser útil - a abordagem tradicional usa um tipo de antena conhecido como rectena.

Isso está mudando graças ao desenvolvimento dos metamateriais e metassuperfícies, materiais artificiais que interagem de modo altamente eficiente com as ondas eletromagnéticas e que podem ser virtualmente planos.

Foto e esquema das antenas unitárias que formam a metassuperfície captadora de energia.
[Imagem: Clayton Fowler et al. - 10.1364/OME.449494]

Ondas de rádio viram eletricidade

O grande trunfo do pesquisador Clayton Fowler foi ter conseguido projetar uma antena de uma eficiência muito elevada.

Para testar seu projeto, ele construiu uma metassuperfície medindo 16 x 16 cm, e mediu a quantidade de energia colhida enquanto alterava a potência e a frequência de uma fonte de rádio entre 0,7 e 2,0 GHz.

As antenas conseguiram captar até 100 microwatts de energia das ondas de rádio com uma intensidade de apenas 0,4 microwatts por centímetro quadrado, aproximadamente o nível de intensidade das ondas de rádio a 100 metros de uma torre de telefonia celular.

"Também colocamos um telefone celular muito perto da antena durante uma ligação e ela capturou energia suficiente para alimentar um LED durante a ligação," contou o professor Zhou. "Embora fosse mais prático coletar energia de torres de telefonia celular, isso demonstrou a capacidade de captura de energia da antena."

"Embora seja necessário mais trabalho para miniaturizar a antena, nosso dispositivo cruza um limite chave de 100 microwatts de energia colhida com alta eficiência usando níveis de energia ambiente encontrados no mundo real," disse Fowler. "A tecnologia também pode ser adaptada para que uma fonte de ondas de rádio possa ser fornecida para alimentar ou carregar dispositivos em uma sala."