Ας ξεκινήσουμε με τα βασικά: το 5G τεχνικά είναι ενέργεια.
Το 5G μπορεί να φαίνεται σαν ένα μαύρο κουτί για όσους από εμάς δεν είμαστε ηλεκτρολόγοι μηχανικοί, αλλά η υπόθεση εξαρτάται από κάτι που όλοι μπορούμε να καταλάβουμε: ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Σκεφτείτε το ορατό φάσμα ή όλο το φως που μπορείτε να δείτε. Υπάρχει κατά μήκος του ευρύτερου ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, αλλά είναι πραγματικά απλό.
Στο παρακάτω γράφημα, μπορείτε να δείτε ότι το ορατό φάσμα βρίσκεται ακριβώς μεταξύ υπεριώδους και υπέρυθρου φωτός ή μεταξύ 400 και 700 νανόμετρων. Καθώς η ενέργεια αυξάνεται κατά μήκος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, τα κύματα γίνονται πιο σύντομα και μικρότερα – παρατηρήστε ότι οι ακτίνες γάμμα είναι πολύ πιο ισχυρές και έχουν πιο πυκνά κύματα από το ραδιοφωνικά κύματα FM, για παράδειγμα. Τα ανθρώπινα μάτια δεν μπορούν να ανιχνεύσουν αυτά τα κύματα ενέργειας.
Τα κύματα 5G λειτουργούν σε υψηλότερη συχνότητα, είναι πιο ισχυρά, αλλά και μικρότερα σε μήκος. Αυτός είναι ο κύριος λόγος για τον οποίο απαιτείται νέα υποδομή (όπως μικρά κελιά 5G εγκατεστημένα σε πόλους χρησιμότητας) για την ανάπτυξη 5G: τα κύματα έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά. Τα μικρότερα κύματα, για παράδειγμα, θα δουν περισσότερη παρέμβαση από αντικείμενα όπως δέντρα και ουρανοξύστες, ακόμη και σταγονίδια βροχής ή νιφάδες χιονιού.
Για να περάσουμε στο θέμα μας, οι συγγραφείς είχαν μπροστά τους ένα σύνθετο ζήτημα. Πώς θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν τη δύναμη των αόρατων σημάτων που στέλνουν δεδομένα σε κινητά τηλέφωνα, υπολογιστές και άλλες συσκευές; Αν ήταν διαχειρίσιμο. Οι άνθρωποι μπορεί κάποια μέρα να χρησιμοποιούν τις ηλεκτρονικές τους συσκευές χωρίς μπαταρίες ή καλώδια. Καθώς έκαναν ανταλλαγή απόψεων, σχηματίστηκε μια ιδέα. Αυτή η ιδέα έχει πλέον γίνει πραγματικότητα.
Η καρδιά της καινοτομίας τους είναι ένα ειδικό gadget. Βοηθά στη συλλογή ασύρματων σημάτων που αποστέλλονται από πύργους κινητού τηλεφώνου. Ονομάζεται φακός Rotman, η συσκευή μοιάζει με επίπεδη μεταλλική αράχνη. “Ήμασταν τόσο ενθουσιασμένοι. Ήξερα ότι θα λειτουργούσε“, θυμάται η Aline Eid. Είναι διδακτορική φοιτήτρια στο Georgia Institute of Technology στην Ατλάντα.
Ο Hester είναι ο συνιδρυτής της τεχνολογικής εταιρείας Atheraxon. Είναι επίσης στην Ατλάντα. Αυτός και η Eid μοιράστηκαν την ιδέα με τον καθηγητή τους, Μάνο Τεντζέρη. “Αυτή ήταν μια πρωτοποριακή λύση“, λέει ο Τεντζέρης. Οι τρεις περιέγραψαν τη νέα τους συσκευή στις 12 Ιανουαρίου στο περιοδικό Scientific Reports.
Η “ταραντούλα”
Η συλλογή ασύρματης ενέργειας δεν λειτουργεί καλά σε μεγάλες αποστάσεις. Είναι αυτό που η ηλεκτρολόγος μηχανικός Hina Tabassum γνωρίζει επίσης καλά. Στο York University στο Τορόντο του Καναδά, ασχολείται επίσης με αυτό το πρόβλημα.
Τα ραδιοκύματα και τα μικροκύματα μεταφέρουν δεδομένα από πύργους κινητών τηλεφώνων στα τηλέφωνα και σε άλλες συσκευές μας. Η περιοχή που καλύπτει κάθε πύργος ονομάζεται κελί. Το κινητό μας τηλέφωνο έρχεται σε επαφή με τον πλησιέστερο πύργο για την ανταλλαγή δεδομένων. Τα πρώτα κυψελοειδή δίκτυα χρησιμοποίησαν ραδιοκύματα για την αποστολή και λήψη δεδομένων. Τα νεότερα δίκτυα 5G χρησιμοποιούν τώρα μικροκύματα υψηλότερης συχνότητας. Αυτά τα κύματα μπορούν να μεταφέρουν περισσότερα δεδομένα και να τα μεταδίδουν γρηγορότερα. Ενώ αυτό μπορεί να βοηθήσει στην εξοικονόμηση ενέργειας, αυτά τα κύματα δεν φτάνουν μέχρι το σημείο. Αυτό συμβαίνει επειδή τα κτίρια και άλλα αντικείμενα τα εμποδίζουν. Η υγρασία στην ατμόσφαιρα τα απορροφά επίσης, μειώνοντας τη δύναμή τους όσο πιο μακριά ταξιδεύουν.
Έλυσαν αυτό το πρόβλημα με αυτόν τον φακό Rotman. Υπήρχε εδώ και πολύ καιρό, αλλά οι μηχανικοί τα χρησιμοποίησαν μόνο για να στείλουν σήματα, όχι για να τα λάβουν. Λέει η Tabassum, η χρήση τους ως δέκτη είναι “μια νέα τεχνολογία, σίγουρα“.
Ο φακός μοιάζει με επίπεδη μεταλλική ταραντούλα. Τα αραχνοειδή “πόδια” εκτείνονται από τις δύο πλευρές ενός κεντρικού σώματος. Από τη μία πλευρά, αυτά τα πόδια οδηγούν σε οκτώ μικρές κεραίες. Από την άλλη πλευρά, οδηγούν σε έξι θύρες δέσμης. Οι κεραίες συλλαμβάνουν μικροκύματα και τα εστιάζουν σε ένα σημείο σε μια από αυτές τις θύρες δέσμης – όποιο από τα δύο ευθυγραμμίζεται καλύτερα με την κατεύθυνση των εισερχόμενων κυμάτων. Ένα άλλο μέρος της συσκευής μετατρέπει τα μικροκύματα που λαμβάνει σε ηλεκτρική ισχύ.
Οι έξι θύρες δέσμης είναι σαν έξι από τα οκτώ μάτια στο κεφάλι μιας πραγματικής ταραντούλας. Με αυτά, η Eid λέει, “το σύστημά μας μπορεί επίσης να κοιτάξει σε έξι διαφορετικές κατευθύνσεις“.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη συσκευή τους στο εργαστήριο σε απόσταση 2,8 μέτρων. Δεν ήταν σε θέση να το δοκιμάσουν στις ίδιες υψηλές ενέργειες που θα χρησιμοποιούσε ένας πύργος 5G. Ωστόσο, συγκέντρωσαν αρκετές πληροφορίες για να προσομοιώσουν πώς πρέπει να λειτουργεί η συσκευή στον πραγματικό κόσμο. Στα 180 μέτρα, αναφέρουν τώρα, αυτή η συσκευή θα μπορούσε να παράγει έξι μικροβατ ισχύος.
Η Tabassum ανησυχεί ότι αυτή η εκτίμηση μπορεί να είναι πολύ υψηλή. Η κύρια ανησυχία της είναι ότι πράγματα όπως τα κτίρια, τα δέντρα και οι άνθρωποι θα μπλοκάρουν σήματα, περιορίζοντας πόση ενέργεια φτάνει σε μια συσκευή.
Ο Τεντζέρης λέει ότι το έκανε η ομάδα του. Η ομάδα της Georgia Tech σχεδιάζει τώρα να δοκιμάσει τη συσκευή σε ακόμη μεγαλύτερες αποστάσεις.
“Σε κανέναν δεν αρέσει να ασχολείται με νεκρές μπαταρίες στις συσκευές τους. Κάποια μέρα, μια σειρά από συσκευές χαμηλής ισχύος ενδέχεται να αυτοφορτίζονται λαμβάνοντας ενέργεια από σήματα 5G στον αέρα. Οι συσκευές που καθιστούν εφικτές τις έξυπνες κατοικίες, τα έξυπνα ρούχα και άλλα ενδέχεται να μην χρειάζονται μπαταρίες“.
Το Διαδίκτυο των πραγμάτων
Έξι μικροβατ δεν έχουν μεγάλη ισχύ. Η φόρτιση της τυπικής μπαταρίας για ένα από τα σημερινά κινητά τηλέφωνα χρειάζεται περίπου 6 εκατομμύρια μικροβατ (6 watt) ισχύος. Ακόμα, η νέα εφεύρεση θα έχει αρκετή ισχύ για την εκτέλεση των περισσότερων αισθητήρων και μικροτσίπ.
Καθώς το Διαδίκτυο των πραγμάτων αναδύεται, οι αισθητήρες και τα μικροτσίπ εξαπλώνονται παντού. Τα ηλεκτρονικά χαμηλής ισχύος μπορούν να μετρήσουν την ποιότητα του αέρα ή του εδάφους. Μπορούν να παρακολουθούν τις πτυχές ασφάλειας των γεφυρών ή των κτιρίων. Μπορούν να διαχειριστούν τη θερμότητα ή το φωτισμό σε ένα σπίτι και ακόμη και να παρακολουθήσουν την υγεία κάποιου. Αλλά οι μπαταρίες που τροφοδοτούν αυτά τα ηλεκτρονικά περιέχουν βαρέα μέταλλα που δεν είναι εύκολο να φτιαχτούν ή να απορριφθούν με ασφάλεια. Η εύρεση ενός τρόπου τροφοδοσίας του Διαδικτύου των πραγμάτων χωρίς μπαταρίες θα ήταν καλό για το περιβάλλον, λέει η Eid.
Η ομάδα της βρήκε πώς να φτιάξει τη νέα της συσκευή με χαμηλό κόστος, κυρίως χρησιμοποιώντας έναν εκτυπωτή inkjet. Ελπίζουν να ξεκινήσουν το μάρκετινγκ ως προϊόν μέσα στα επόμενα χρόνια.
Θα το ονομάσουν “The Tarantula”; Πιθανώς όχι. Αλλά η Eid λέει ότι έχει ένα ακόμη κοινό με τις αράχνες. “Μια ταραντούλα μπορεί να ανέβει οπουδήποτε“, λέει η Eid. Η συσκευή είναι ελαφριά και ευλύγιστη. Μπορείτε να το βάλετε οπουδήποτε θέλετε, όπως ένα αυτοκόλλητο – ένα πολύ ειδικό αυτοκόλλητο σε μέγεθος τράπουλας που λαμβάνει ενέργεια από τον αέρα.
Πηγές Άρθρου:
https://www.popularmechanics.com/technology/infrastructure/a35407385/wireless-power-grid-5g/
https://www.businessinsider.com/new-technology-convert-5g-internet-power-deliver-device-broadcast-transmission-2021-4
Επιστημονικό Άρθρο:
Aline Eid, Jimmy G. D. Hester & Manos M. Tentzeris, 5G as a wireless power grid, Scientific Reports, 2021
