Les utilisateurs de la technologie 5G pourront-ils vraiment tirer parti de la puissance utile des voies respiratoires ?

La plupart connaissent déjà la promesse de la technologie sans fil 5G pour augmenter la vitesse et le transfert des données mobiles. Aujourd’hui, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont découvert une autre utilisation de la technologie : transformer la surcapacité des réseaux 5G en « un réseau électrique sans fil » pour l’Internet des objets (IoT).

Les chercheurs ont développé un système d’antenne spécial qui, pour la première fois, peut capter des ondes radio millimétriques dans la bande des 28 GHz, ont-ils déclaré. L’antenne, appelée antenne redresseuse à lentille Rotman flexible, ou rectenna, et le système connexe ont subi des modifications particulières qui la rendent adaptée à cette fin, ont-ils déclaré.

La technologie a le potentiel de créer une source d’alimentation alternative aux batteries pour la myriade d’appareils connectés qui composent l’IoT, a déclaré Jimmy Hester, conseiller de laboratoire principal de l’équipe de recherche. Il est également CTO et co-fondateur d’Atheraxon, une entreprise dérivée de Georgia Tech qui développe la technologie d’identification par radiofréquence (RFID) 5G.

« Je travaille sur la récupération d’énergie de manière conventionnelle depuis au moins six ans, et pendant la plupart de ce temps, il ne semblait pas y avoir de clé pour que la récupération d’énergie fonctionne dans le monde réel en raison des limites de la FCC sur les émissions de puissance et focalisation », a-t-il expliqué dans un communiqué de presse. « Avec l’avènement des réseaux 5G, cela pourrait réellement fonctionner, et nous l’avons démontré. C’est extrêmement excitant, nous pourrions nous débarrasser des batteries.

Pour récolter suffisamment d’énergie à partir des ondes radio pour alimenter des appareils à faible consommation, comme des capteurs et d’autres appareils IoT, il faut une antenne à grande ouverture. Cependant, historiquement, ces antennes ont un champ de vision rétréci, ce qui limite leur fonctionnement si elles sont dispersées à partir d’une station de base 5G, ont déclaré les chercheurs.

L’équipe du laboratoire ATHENA de Georgia Tech a résolu ce problème en développant un système avec un grand angle de couverture, a déclaré la chercheuse principale d’ATHENA, Aline Eid. ATHENA a été créé pour faire progresser et développer de nouvelles technologies pour les applications électromagnétiques, sans fil, RF, à ondes millimétriques et sub-térahertz.

Pouvoir omniprésent

Les réseaux 5G auront à terme une large couverture dans le monde entier, en particulier dans les zones urbaines. Les chercheurs envisagent qu’avec leur solution, « vous pouvez remplacer des millions, voire des dizaines de millions, de batteries de capteurs sans fil », a déclaré Emmanouil (Manos)Tentzeris, professeur d’électronique flexible à Georgia Tech.

Cela sera particulièrement vrai pour les applications de ville intelligente et d’agriculture intelligente qui utilisent des capteurs pouvant être alimentés en récupérant l’énergie des réseaux 5G, a-t-il déclaré.

La raison pour laquelle les systèmes 5G peuvent fournir cette énergie est que la FCC a autorisé la 5G à focaliser l’énergie beaucoup plus densément par rapport aux générations précédentes de réseaux sans fil. La 5G d’aujourd’hui a été conçue en pensant à la communication à large bande passante, ce qui signifie que l’énergie qui serait autrement gaspillée peut être récupérée pour d’autres usages, ont déclaré les chercheurs.

En fait, Tentzeris prédit que l’alimentation en tant que service sera la prochaine grande application pour l’industrie des télécommunications, offrant de l’électricité à la demande « over the air », a-t-il déclaré.

Perspective multi-vues

L’utilisation d’une lentille Rotman est essentielle pour créer la fonctionnalité permettant d’obtenir ce type de récupération d’énergie à partir des ondes millimétriques, ont déclaré les chercheurs. La lentille Rotman agit comme une lentille optique, offrant six champs de vision en même temps dans un motif en forme d’araignée.

Pour tirer parti de cette large perspective, les chercheurs ont créé une structure qui peut mapper un ensemble de directions de rayonnement sélectionnées à un ensemble associé de ports de faisceau, la lentille étant utilisée comme composant intermédiaire entre les antennes de réception d’un côté et les redresseurs pour la récupération d’énergie 5G de l’autre, disaient-ils.

Avec cette configuration, toute l’énergie électromagnétique collectée par les réseaux d’antennes dans une direction est combinée et introduite dans un seul redresseur, maximisant son efficacité, a déclaré Hester.

« Avec cette innovation, nous pouvons avoir une grande antenne, qui fonctionne à des fréquences plus élevées et peut recevoir de l’énergie de n’importe quelle direction », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse. « C’est indépendant de la direction, ce qui le rend beaucoup plus pratique. »

Pour fabriquer le système, les chercheurs ont utilisé la fabrication additive en interne pour imprimer les récolteuses à ondes mm de la taille d’une paume sur divers substrats flexibles et rigides. Cela a facilité une production rentable et étendra la fabrication à un large éventail d’utilisateurs, de plates-formes, de fréquences et d’applications, ont déclaré les chercheurs.

L’équipe a publié un article sur leur travail dans la revue Rapports scientifiques.

L’approche adoptée par les chercheurs pour développer le système tient compte du compromis entre la couverture angulaire de la rectenna et la sensibilité d’activation avec une structure qui fusionne les techniques de combinaison de radiofréquence (RF) et de courant continu (DC). Ce point de conception permet un système qui a à la fois un gain élevé et une grande largeur de faisceau, ont déclaré les chercheurs.

Lors des démonstrations, la technologie de Georgia Tech a multiplié par 21 la puissance récupérée par rapport à un équivalent comparable, qui est référencé dans le document. Dans le même temps, le système a maintenu une couverture angulaire identique, ont déclaré les chercheurs.