Ana sayfa Bilim Gündemi Yeni bir elektronik çağı kapıda: Wi-Fi sinyallerini elektriğe dönüştüren malzemeyle tanışın

Yeni bir elektronik çağı kapıda: Wi-Fi sinyallerini elektriğe dönüştüren malzemeyle tanışın

3884
PAYLAŞ
Geliştirilmiş ilk tam esnek rektifiye anten. Kaynak: Christine Daniloff

Nıvart Taşçı

Akıllı telefonların, laptopların ve daha başka elektronik cihazların pilsiz şarj edilebildiği bir dünya düşünün. Güzel olmaz mıydı? Madrid Üniversitesi, Massachusettes Teknoloji Enstitüsü (MIT), Boston Üniversitesi ve Southern California Üniversitesi’nin ortaklaşa yürttüğü bir proje sayesinde bundan çok daha fazlası gerçek olacak. 15 yazarlı kalabalık bir ekibin kaleme aldığı, Nature dergisinin 28 Ocak sayısında yer alan çalışmanın sonuçları Wi-Fi sinyallerinin elektronik cihazların içine konacak yeni bir malzeme aracılığıyla elektrik enerjisine çevrilmesini, böylece aletlerin kablosuz veya pilsiz çalışmasını mümkün kılacak bir teknolojinin müjdesini veriyor.

Rectenna, ya da Türkçe çevirisiyle rektifiye anten denen bu kablosuz elektrik teknolojisiyle aslında yeni tanışmadık. Radyo dalgalarını doğru akıma dönüştürerek kablosuz güç iletimi sağlayan rektifiye antenler uydulardan askeri amaçlara kadar pek çok alanda zaten yıllardır kullanılıyor. Hatta bu teknolojiyi, radyo dalgalarına benzer elektromanyetik dalgalardan oluşan ışığın elektrik akımına dönüştürülmesi izledi. Rektifiye antenler bu aşamada nanoanten adını almıştı çünkü ışığın küçük dalga boyu antenin de küçük olmasını, dolayısıyla nanoteknoloji kullanılarak üretilmesini gerektiriyordu. Üretim maliyeti yüzünden henüz geleneksel enerji üretim teknolojilerinin yerini almamış olan rektifiye antenler silsilesine şimdi bir yenisi eklendi.

Molibdenum disülfidin moleküler yapısını gösteren diyagram. Molibdenum atomları maviyle, sülfür atomları sarıyla gösterilmiş. Kaynak: Wang ve ark.

Wi-Fi’daki elektromanyetik dalgaları yakalayan süper esnek radyo frekans antenleri atomik boyutlardaki iki boyutlu yarı iletkenlere bağlanacak. Bu yarı iletken içinde tek yönlü hareket eden dalgalar elektrik devresini ateşleyen ya da pilleri şarj eden kullanılabilir elektriğe dönüştürülecek. Bu da etrafımızdaki dünyayı kaplamış haldeki Wi-Fi sinyallerini yakalayıp elektriğe dönüştüren pilsiz cihazlar anlamına gelecek. Üstelik araştırmacıların geliştirdiği bu küçük yarı iletkenler öylesine esnek ki, bilgisayardan akıllı telefonlara, köprülerden otoyollara ya da ofisinizin duvarlarına, her türlü yüzeyde kullanılabilecek. İlk denemeler elbette en geniş piyasası olan akıllı telefonlarda yapılmış. Tipik seviyedeki Wi-Fi sinyallerine maruz bırakılan iki boyutlu yarı iletken antenli cep telefonları yaklaşık 40 mikrovatlık enerji üretebilmiş. Bu da sıradan bir telefonun çalışması için yeterli düzeyde enerji demek.

Aslında geleneksel rektifiye antenlerin de Wi-Fi temelli elektromanyetik dalgaları yakalaması mümkün. Fakat ilgili komponent silikon ya da galyum arsenid denen sert bir malzemeden yapılıyor. Küçük aletlerin üretimi açısında sorun yok fakat çok geniş yüzeylerin bunlarla kaplanması aşırı maliyetli olabiliyor. Söz konusu çalışmayı özel kılan tam da bu silikon ya da galyum arsenidin yerini alan, iki boyutlu yarı iletken dediğimiz yeni maddenin içeriği: Sadece üç atom kalınlığında (iki boyutluluk özelliği bu aşırı incelikten geliyor), çelikten sert fakat bir o kadar hafif ve şeffaf özellikteki molibden disülfit. Çalışmanın başını çeken MIT’li elektrik mühendisi Tomás Palacios’un tabiriyle tam bir “ekstrem” malzeme! Bu madde bazı kimyasallara maruz kaldığında atom yapısı sayesinde yarı iletken fazdan tam iletken/metalik faza geçebiliyor. Böylece (silikon ve galyum arsenidin aksine) çok geniş bir frekans yelpazesinden sinyal yakalayıp elektrik enerjisine dönüştürebiliyor. Akabinde bu da, gündelik hayattaki elektronik aygıtlarımızda kullanılan radyo frekans bantlarının büyük bölümüne karşılık geliyor.

Tomás Palacios. Kaynak: Photo: Bryce Vickmark

Araştırmacıların ürettiği bu yeni kablosuz elektrik imkanı bir anlamda kağıttan kumaşa etrafımızdaki herşeyin bir elektronik cihaza dönüşmesini mümkün kılabilir. Araştırmacılar kullandığımız elektronik-olmayan nesnelerin %95’ine bu özelliği kazandırmayı, böylece elektroniğin yaygınlığını bugüne kıyasla 10 kat artırmayı planlıyorlar. Dolayısıyla bahsi geçen teknoloji sadece elektriğin gündelik kullanımını değil bütün toplumu değiştirecek nitelikte. Zaten Palacios da bunu saklamıyor ve bakın ne diyor: “Şayet etrafımızı saran nesnelere belli düzeyde bir elektronik zeka yükleyebilirsek bu hem elektronik denen alanı, hem de toplumun kendisini değiştirecektir.”

Kaynaklar:

1) Ron Matheson, “Converting Wi-Fi signals to electricity with new 2-D materials”, MIT News Office, 28 Ocak 2019.

2) Alice McCarthy, “Extreme materials and ubiquitous electronics”, MIT Industrial Liaison Program, 2 Aralık 2014.