5G is niet alleen een razendsnel draadloos netwerk, maar je kunt er ook elektrische energie uit oogsten. Dat laten onderzoekers in de Verenigde Staten zien. Met hun speciaal gevormde antenne kunnen kleine sensoren hun elektriciteit uit de lucht halen en hebben ze geen batterijtjes meer nodig.

De antenne heeft een opvallende stervorm, die dient om te zorgen dat hij elektromagnetische straling van 5G vanuit alle richtingen goed kan opnemen. De bijzondere antenne wordt een Rotmanlens genoemd, een principe dat ook in radartoepassingen wordt gebruikt om in verschillende richtingen waar te nemen zonder dat er een systeem rond hoeft te draaien.

Ingenieurs van het Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) in de Verenigde Staten printten de speciaal gevormde antenne met een koperhoudende pasta op een buigzaam substraat. De stervorm van de Rotman-lens zorgt ervoor dat de antenne vanuit zes verschillende hoofdrichtingen elektromagnetische straling kan oogsten. Tot nu toe waren voor het oogsten van 5G-straling lange gelijkrichtantennes nodig.

‘Onze antenne heeft geen voorkeursrichting, wat hem veel makkelijker maakt in gebruik’, zegt onderzoeker Jimmy Hester in een persbericht van Georgia Tech. Hester is daarnaast medeoprichter van het bedrijf Atheraxon, dat uit die universiteit voortkomt en RFID-producten ontwikkelt voor 5G.
 

Draadloos lichtnet

In tests die de onderzoekers deden, bleek dat de geprinte schakeling ongeveer 6 microwatt kan oogsten aan elektrisch vermogen, op een afstand van 180 meter van een 5G-zendmast. Daarmee zou een 5G-netwerk kunnen gaan fungeren als een draadloos lichtnet. De nieuwe antenne kan 5G-signalen uit verschillende richtingen uit de lucht plukken en omzetten in elektrische stroom.

Ook bleek dat de schakeling goed blijft werken wanneer het flexibele substraat waar hij op zit, wordt gebogen. Dat is interessant voor mogelijke toekomstige toepassingen waarbij elektronica in kleding is geïntegreerd.



Hightech boerderij

Het geoogste vermogen van 6 microwatt is niet veel, maar wel voldoende om kleine sensoren op te laten werken die bijvoorbeeld worden ingezet om continu dingen te meten in een smart city, of op de hightech boerderij van morgen. Het grote voordeel hiervan is dat die sensoren geen batterijtjes meer nodig hebben die om de paar jaar vervangen moeten worden. Een dubbele kostenbesparing: zowel op de batterij als op de arbeidskosten.

Daarnaast haalt de nieuwe antenne elektrische energie uit de lucht die anders verloren was gegaan. Een flink deel van de 5G-signalen wordt immers nooit gebruikt. Daarbij hoort wel de kanttekening dat straling die wordt geoogst niet meer gebruikt kan worden om data over het 5G-netwerk te sturen; het is het één of het ander.
 

Alomtegenwoordig

Maar dat zal geen enkel probleem zijn, voorspellen de onderzoekers, want 5G zal over een paar jaar zo alomtegenwoordig zijn, dat er energie genoeg in de lucht hangt. ‘Overal zal 5G beschikbaar zijn, vooral in stedelijke gebieden’, zegt Emmanouil Tentzeris, hoogleraar in flexibele elektronica aan Georgia Tech in het persbericht. ‘Je kunt straks miljoenen, of tientallen miljoenen batterijen van draadloze sensoren vervangen.’

Hier vertelt hoogleraar Tentzeris van Georgia Tech over de ontwikkelde antenne:

 


Energie geoogst

Het onderzoek van de Amerikanen past in een reeks vindingen waarbij energie wordt geoogst uit processen die toch al plaatsvinden. Eerder schreven we over een elektronische pil die metingen doet binnenin het menselijk lichaam en die zijn eigen stroom opwekt met behulp van maagzuur.

Verder vindt er behoorlijk veel onderzoek plaats naar het oogsten van elektrische energie uit beweging. Twee jaar geleden presenteerden onderzoekers in China een pacemaker die geen batterij meer nodig heeft, omdat hij zijn stroom haalt uit bewegingen van het lichaam. Ook de Ingenieur van het Jaar 2018, Nima Tolou, werkt aan dergelijke toepassingen: sensoren die geen batterijen meer nodig hebben, maar zelf hun energie oogsten uit beweging.


Meer lezen

De wetenschappers en ingenieurs van Georgia Tech beschrijven hun vinding in een editie van het wetenschappelijke tijdschrift Scientific Reports eerder dit jaar, gratis toegankelijk.


Foto's Georgia Institute of Technology