Neues System nutzt Umgebungsfunkwellen für Wearable-Gesundheitsgeräte

Von Mikrowellenöfen bis zu WLAN-Verbindungen – die Funkwellen, die die Umwelt durchdringen, sind nicht nur Signale verbrauchter Energie, sondern auch selbst Energiequellen. Forscher haben einen Weg entwickelt, Energie aus Funkwellen zu ernten, um tragbare Geräte zu betreiben.

Aktuelle Energiequellen für tragbare Gesundheitsüberwachungsgeräte haben ihren Platz in der Stromversorgung von Sensorgerten, aber jede hat ihre Rückschläge. Solarenergie kann beispielsweise nur Energie ernten, wenn sie der Sonne ausgesetzt ist. Ein selbstversorgendes triboelektrisches Gerät kann nur Energie ernten, wenn sich der Körper in Bewegung befindet.

Die Forscher entwickelten ein dehnbares Breitband-Dipol-Antennensystem, das in der Lage ist, Daten, die von Gesundheitsüberwachungssensoren gesammelt werden, drahtlos zu übertragen. Das System besteht aus zwei dehnbaren Metallantennen, die auf leitfähiges Graphenmaterial mit Metallbeschichtung integriert sind. Das Breitband-Design des Systems ermöglicht es, seine Frequenzfunktionen auch bei Dehnung, Biegung und Verdrehung beizubehalten. Dieses System wird dann mit einem dehnbaren Gleichrichterschaltkreis verbunden, der eine gleichgerichtete Antenne, oder „Rectenna“, schafft, die in der Lage ist, Energie aus elektromagnetischen Wellen in Elektrizität umzuwandeln. Diese Elektrizität kann verwendet werden, um drahtlose Geräte zu betreiben oder Energiespeichergeräte wie Batterien und Superkondensatoren aufzuladen.

Die Rectenna kann Radio- oder elektromagnetische Wellen aus der Umgebungsenvironment in Energie umwandeln, um die Sensormodule auf dem Gerät zu betreiben, die Temperatur, Hydratation und Puls-Sauerstoffgehalt verfolgen. Im Vergleich zu anderen Quellen wird weniger Energie produziert, aber das System kann kontinuierlich Strom erzeugen. Die Kombination der Technologie mit einem drahtlos datenübertragenden Gerät wird eine kritische Komponente bereitstellen, die mit den bestehenden Sensormodulen des Teams funktioniert.

Nächste Schritte werden die Erkundung miniaturisierter Versionen der Schaltkreise und die Arbeit an der Entwicklung der Dehnbarkeit des Gleichrichters sein. Die Technologie kann leicht für andere Anwendungen erweitert oder angepasst werden.