MIT科学家将WiFi信号转化为电能，未来电能或可随时随地能实现WIFI

MIT科学家将WiFi信号转化为电能，未来电能或可随时随地能实现WIFI

导读： 这听起来不可思议，但确实有研究证明了其可行性。近日，外媒报道了一项重大突破——科学家将WiFi信号转化为电能。通俗点说，就是通过WiFi发电。这意味着，未来或许会出现无电池手机、无电池笔记本电脑……没电了，连上WiFi即可充电使用。

这听起来不可思议，但确实有研究证明了其可行性。近日，外媒报道了一项重大突破——科学家将WiFi信号转化为电能。通俗点说，就是通过WiFi发电。这意味着，未来或许会出现无电池手机、无电池笔记本电脑……没电了，连上WiFi即可充电使用。

麻省理工学院的这种设备名为“整流天线”，可以将交流电磁波转换为直流电。该设备使用了柔性的射频天线，可捕获包括WiFi信号在内的电磁波作为交流波形。天线连接到一个只有几个原子厚度的二维半导体器件。捕获的交流信号被转换为直流电压，可以为电子电路供电或为电池充电。

这种设备将允许无电池被动设备捕获WiFi信号，并将WiFi信号转换为有用的直流电源。麻省理工学院指出，这种设备是柔性的，可以通过“卷曲”工艺制造，可覆盖大面积区域。麻省理工学院对该技术进行了一些早期应用，包括为柔性和可穿戴电子设备，医疗设备和传感器供电。

实验表明，当暴露于典型功率水平的WiFi信号中时，该设备可以产生大约40微瓦的功率，这足够为LED或为硅芯片供电。据悉，麻省理工学院的这个设备使用的新型2D材料，名为二硫化钼。

此次技术突破，有赖于新研发出的“硅整流二极管天线”。它能为没有电池的智能手机、笔记本电脑、可穿戴设备等提供电能。

据报道，在该项研究中，当硅整流二极管天线接触到约150微瓦的WiFi信号时，会产生约40微瓦的电量。

那么，WiFi信号是如何被转化为电能的？电能也可以被转化为WiFi信号吗？通讯信号与能源之间可否实现直接转化？

WiFi信号属于杂散能源

实际上，除WiFi信号外，我们身边还有很多能源可被转化为电能。比如，无线电波、机械能、人体热扩散能等。此类无处不在又尚未被有效利用的能源，被称为“杂散能源”。

杂散能源的种类有很多。以杂散机械能源为例，它包括车辆在行进过程中部件产生的振动能量、重型设备运动或作业时引起建筑物振动从而产生的能量、人在步行过程中踏步产生的动能、手臂的摆动乃至血压的变化所带来的动能等。这些看起来微不足道的能源，都可以被利用起来。

“捕获环境中的杂散能源，就好像银行把众多小客户的钱收集起来，再借给需要的人。”中国科学院电工研究所研究员刘国强告诉科技日报记者，上世纪中叶出现的自动手表，就是利用手腕摆动的机械能使表内发条卷紧，进而驱动手表工作。

不过，WiFi信号与其他的杂散能源不同，它是高频电磁波。考虑到其对人体健康的影响，WiFi信号在人类活动范围内通常能量很小。需要采用整流二极管天线，来接收无线网络信号，并经过整流滤波转化成直流电后才能为我们所用。

“整流二极管是一种将交流电能转化为直流电能的器件，也是高频电磁信号被转化为直流电的‘桥梁’，即WiFi信号被转化为电能的‘桥梁’。”刘国强说。

“目前，各国都逐渐意识到杂散能源的重要性，这一方向已成为研究热点。研究工作最终要实现的目标是，以捕获杂散能源的模式，部分取代甚至全部取代现有化学电池供电模式。”刘国强介绍道，若能利用杂散能源捕获发电技术，以后或许就不再需要更换电池了，科学家有望研制出“终身无需更换”的能源，甚至可能让电器挣脱电源的约束。

以现有心脏起搏器为例。资料显示，目前的心脏起搏器依靠电池供电，但电池寿命有限，病人须在安装后的5年到10年间经二次手术更换电池。而未来的心脏起搏器，可利用心跳释放的动能进行充电。已有研究人员在现有心脏起搏器上添加一块聚合物薄片，使心跳的动能转化为电能，供起搏器正常运转。

尚难实现万物通电即可互联

既然杂散的网络信号可被转化为电能，那么电能有无可能被转化为网络信号，进而实现万物通电即可互联呢？

“理论上，万物通电即可互联是有可能实现的。”刘国强解释道，一种可能的方式是，利用电能驱动高频振荡器产生高频信号，再通过高频功率放大器放大信号，接着使用倍频器、变频器、调制器和解调器进行信号变换，之后使用天线将电磁波发射出去，便可实现电能到网络信号的转化。

“但目前还没有直接、简单的手段，能把杂散能源转化成无线信号。”刘国强说。

虽然杂散能量捕获技术、无线通信技术与无线电能传输技术的迅猛发展，使得一定范围内物体之间的能量和信号转化成为可能。但要实现这一目标，还需时日。其中，找到新材料、实现材料领域的技术突破，是一大难点，而减小发电装置的体积、提高转化效率是实验成果落地的关键。

“能源是一种客观存在，如同桌椅板凳。点燃火柴就产生热能，说话就能产生震动能。但这些能源不能被直接转化为无线信号。”电子科技大学光电科学与工程学院副研究员汪相如解释道，因为信号是有序的，如果不进行调制，我们所获取的声波、电磁波也不过是来自环境的干扰。

“信息的传播需要编码和解码这两个过程，还需要信息收发双方间的对码和协议，否则我们将无法理解信息。”汪相如说，从这种意义上来讲，信号需要“特殊加工”后才能被传递和获取。

“现阶段来看，把电能转化为WiFi，只是一种美好的设想。或许未来的某一天，在一些新材料出现后，这些杂散能源可直接驱动新器件然后发射信号。”刘国强说。