Sóng radio: Nguồn năng lượng mới

Chiếc mũ SmartHat.

Hiện có hai hướng nghiên cứu khác nhau nhằm mở rộng ranh giới của thiết bị không dây tiêu thụ ít năng lượng. Một hướng là tìm cách giảm bớt mức năng lượng tiêu thụ của thiết bị; hướng còn lại là tìm kiếm cách thức thu hoạch năng lượng từ môi trường.

Trong những ngày này, tiến sĩ Matt Reynolds, làm việc tại Khoa Kỹ thuật điện và máy tính của trường Đại học Duke (Mỹ), quan tâm nhiều đến nguyên mẫu của một chiếc mũ đặc biệt – gọi là SmartHat. Chiếc mũ bảo hộ này được trang bị một bộ vi xử lý nhỏ và một chiếc máy nhắn tin phát ra âm thanh cảnh báo một khi có thiết bị nguy hiểm ở gần tại một công trường xây dựng nào đó.

Thay thế pin

Điều khác thường là chiếc máy nhắn tin và bộ vi xử lý này hoạt động mà không cần đến pin. Chúng tiêu thụ quá ít năng lượng đến nỗi có thể thu hoạch năng lượng đủ dùng từ sóng radio trong không khí. Những sóng radio xuất phát từ thiết bị phát tín hiệu không dây được gắn trên các máy đào xúc tổng hợp và xe ủi đất để theo dõi vị trí của chúng. Bộ vi xử lý theo dõi cường độ và hướng của tín hiệu radio từ các thiết bị xây dựng để xác định xem các thiết bị nào đang ở gần người đội mũ.

Ông Reynolds và ông Jochen Teizer, một phụ tá giáo sư tại Trường Kỹ thuật dân dụng và môi trường thuộc Viện Công nghệ Georgia (Mỹ), đã cùng nhau thiết kế SmartHat. Theo ông Reynolds, chiếc mũ tiêu thụ ít năng lượng này chỉ mới là sự khởi đầu. Ông tin rằng về sau này chúng ta sẽ được chứng kiến sự xuất hiện của một thế hệ thiết bị không dây nhỏ có thể sử dụng những năng lượng thay thế pin. Ông nói: “Loại thiết bị này có thể hoạt động lâu dài mà ta không cần phải bận tâm đến việc thay hoặc sạc pin”.

Ông Reynolds thuộc một số ít nhà khoa học đang tìm cách chế tạo những thiết bị và hệ thống tiêu thụ ít năng lượng đến nỗi có thể lấy năng lượng từ sóng radio trong môi trường xung quanh, từ đó giảm bớt hoặc loại bỏ nhu cầu sử dụng pin. Các công trình của họ được tài trợ phần nào bởi Tổ chức Khoa học quốc gia Mỹ.

Ông Joshua R. Smith, một kỹ sư trưởng tại trung tâm nghiên cứu của Intel ở thành phố Seattle (Mỹ), cho biết việc sử dụng sóng radio để cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử không dây chưa được phổ biến trước đây vì sóng này nhanh chóng bị suy yếu khi lan truyền. Tuy nhiên, theo ông Smith, điều này đang thay đổi khi công nghệ silicon đã phát triển đến mức ngay cả một lượng nhỏ năng lượng cũng có thể làm được những công việc hữu ích.

Powercast, có trụ sở tại thành phố Pittsburgh (Mỹ), là công ty chuyên sản xuất thiết bị phát và nhận sóng radio. Những thiết bị này dùng sóng radio để cung cấp năng lượng cho bộ cảm biến không dây và các thiết bị khác. Ông Hary Ostaffe, Giám đốc tiếp thị và phát triển kinh doanh của công ty, cho biết một ứng dụng của bộ cảm biến nói trên là theo dõi nhiệt độ phòng khi được tích hợp bên trong những hệ thống kiểm soát nhiệt và điều hòa không khí tự động bên trong cao ốc văn phòng.

Hai hướng nghiên cứu

Brian Otis, một phụ tá giáo sư về kỹ thuật điện tại trường Đại học Washington (Mỹ), cho biết đang có hai hướng nghiên cứu khác nhau nhằm mở rộng ranh giới của thiết bị không dây tiêu thụ ít năng lượng. Một hướng là tìm cách giảm bớt mức năng lượng tiêu thụ của thiết bị. Hướng còn lại là tìm kiếm cách thức thu hoạch năng lượng từ môi trường.

Ông Otis, người đi theo hướng đầu tiên, dự báo rằng một ngày nào đó hai hướng đi này sẽ gặp nhau, dẫn đến sự ra đời của những thiết bị có thể hoạt động vô thời hạn. Trong khi đó, tiến sĩ Smith là một trong những người “thu hoạch” sóng radio được sản sinh từ thiết bị phát sóng Wi-Fi, ăng-ten điện thoại di động, tháp truyền hình, đài phát thanh... Ông cho biết: “Sóng radio trong môi trường xung quanh có thể cung cấp đủ năng lượng để thay thế pin AAA trong một số đồng hồ, máy tính, bộ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm”.

Ông Smith cùng với nhà nghiên cứu Alanson Sample của trường Đại học Washington đã tạo ra một “máy thu hoạch” sóng radio trong môi trường xung quanh, có thể thu thập đủ năng lượng từ một đài truyền hình nằm cách phòng thí nghiệm của họ khoảng 4km để chạy một bộ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm.

Theo tiến sĩ Smith, thiết bị này có thể thu thập năng lượng để sản xuất khoảng 50 microwatt điện, đủ dùng cho nhiều hoạt động tính toán và cảm biến. Chẳng hạn như một máy tính cầm tay chạy bằng năng lượng mặt trời tiêu thụ khoảng 5 microwatt điện. Trong khi đó, một nhiệt kế số thông thường được trang bị màn hình tinh thể lỏng chỉ tiêu thụ 1 microwatt điện. Gần đây, ông Smith và các đồng nghiệp đã chế tạo một thiết bị thứ hai có thể thu sóng radio từ một trạm thời tiết ngoài trời và truyền chúng đến một màn hình đặt bên trong nhà.