Formas emergentes de tecnologias de dispositivos de película fina que dependem de materiais semicondutores alternativos, como orgânicos imprimíveis, alótropos de nanocarbono e óxidos metálicos, podem contribuir para uma Internet das coisas (IoT) mais econômica e ambientalmente sustentável, sugere uma equipe internacional liderada pela KAUST. Seu artigo foi publicado na revista Nature Electronics .
Com informações de TechXplore.
A IoT está definida para ter um grande impacto na vida diária e em muitos setores. Ele conecta e facilita a troca de dados entre uma infinidade de objetos inteligentes de várias formas e tamanhos – como sistemas de segurança doméstica com controle remoto, carros autônomos equipados com sensores que detectam obstáculos na estrada e equipamentos de fábrica com temperatura controlada – ao longo do Internet e outras redes de detecção e comunicação.
Essa hiperrede em expansão está projetada para atingir trilhões de dispositivos na próxima década, aumentando o número de nós de sensores implantados em suas plataformas.
As abordagens atuais usadas para alimentar nós sensores dependem da tecnologia de baterias, mas as baterias precisam ser substituídas regularmente, o que é caro e prejudicial ao meio ambiente ao longo do tempo. Além disso, a atual produção global de lítio para materiais de bateria pode não acompanhar a crescente demanda de energia do crescente número de sensores.
Os nós sensores alimentados sem fio podem ajudar a alcançar uma IoT sustentável, extraindo energia do ambiente usando os chamados coletores de energia, como células fotovoltaicas e coletores de energia de radiofrequência (RF), entre outras tecnologias. A eletrônica de grande área pode ser a chave para habilitar essas fontes de energia.
O ex-aluno da KAUST, Kalaivanan Loganathan, com Thomas Anthopoulos e colegas de trabalho, avaliou a viabilidade de várias tecnologias eletrônicas de grande área e seu potencial para fornecer sensores de IoT sem fio e ecologicamente corretos.
A eletrônica de grande área surgiu recentemente como uma alternativa atraente às tecnologias convencionais baseadas em silício, graças ao progresso significativo no processamento baseado em solução, que tornou os dispositivos e circuitos mais fáceis de imprimir em substratos flexíveis de grande área. Eles podem ser produzidos em baixas temperaturas e em substratos biodegradáveis, como papel, o que os torna mais ecológicos do que seus equivalentes à base de silício.
Ao longo dos anos, a equipe de Anthopoulos desenvolveu uma gama de componentes eletrônicos de RF, incluindo óxido metálico e dispositivos semicondutores à base de polímeros orgânicos conhecidos como diodos Schottky. “Esses dispositivos são componentes cruciais em coletores de energia sem fio e, em última análise, determinam o desempenho e o custo dos nós sensores”, diz Loganathan.
As principais contribuições da equipe da KAUST incluem métodos escaláveis para a fabricação de diodos de RF para coletar energia atingindo a faixa de frequência 5G/6G. “Essas tecnologias fornecem os blocos de construção necessários para uma maneira mais sustentável de alimentar bilhões de nós de sensores em um futuro próximo”, diz Anthopoulos.
A equipe está investigando a integração monolítica desses dispositivos de baixa potência com antena e sensores para mostrar seu verdadeiro potencial, acrescenta Loganathan.
Mais informações: Wirelessly powered large-area electronics for eco-friendly Internet of Things, Nature Electronics (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00898-5
