Depuis son arrivée en 2018, la technologie mobile 5G a nourri beaucoup de débats, en l'occurrence en ce qui concerne la fréquence des ondes qu'elle exploite, plusieurs personnes alléguant qu'elle est toxique pour la santé humaine et animale. Néanmoins, les conclusions d'une nouvelle étude des chercheurs du Georgia Institute of Technology révèlent que ces ondes pourraient avoir un cas d'utilisation "bien utile". À l'aide d'une antenne redresseuse imprimée en 3D, ils ont réussi à capturer l'énergie électromagnétique des signaux 5G et à l'utiliser pour alimenter des appareils, transformant ainsi les réseaux 5G en un réseau électrique sans fil.Les réseaux 5G pourraient-ils aussi servir de sources d'énergie ?
Des chercheurs du laboratoire ATHENA du Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) ont trouvé une manière "innovante" d'exploiter la "surcapacité" des réseaux 5G, en les transformant en « un réseau électrique sans fil » pour alimenter les appareils de l'Internet des objets (IdO). Cette percée s'appuie sur une antenne de redressement à lentille Rotman capable de capturer des ondes millimétriques à 28 GHz. Cette innovation pourrait aider à éliminer la dépendance mondiale à l'égard des batteries pour charger les appareils en offrant une alternative utilisant une capacité 5G excédentaire.
En effet, la 5G a été conçue pour des communications extrêmement rapides et à faible latence. Pour ce faire, des fréquences d'ondes millimétriques ont été adoptées avec des densités de puissance rayonnée sans précédent. Les scientifiques de la Georgia Tech ont déclaré que, sans le savoir, les architectes de la 5G ont ainsi créé un réseau électrique sans fil capable d'alimenter des appareils à des distances dépassant de loin les capacités de toutes les technologies existantes. Cependant, ils ont ajouté que ce potentiel ne pourrait être réalisé que si un compromis fondamental dans la récolte d'énergie sans fil pouvait être contourné.
Selon eux, pour récolter suffisamment d'énergie pour alimenter des dispositifs de faible puissance à longue portée, il faut des antennes à grande ouverture. Mais ils estiment que le problème des grandes antennes est qu'elles ont un champ de vision rétréci. Cette limitation empêche leur fonctionnement si l'antenne est largement dispersée depuis une station de base 5G, ce qui les a conduits à développer une nouvelle méthode. « Nous avons résolu le problème de ne pouvoir regarder que dans une seule direction avec un système qui a un grand angle de couverture », a déclaré Aline Eid, chercheuse principale au sein du laboratoire ATHENA.
Ils proposent une antenne redresseuse capable d'effectuer une collecte d'ondes millimétriques dans la bande 28 GHz. « Avec cette innovation, nous pouvons avoir une grande antenne, qui fonctionne à des fréquences plus élevées et peut recevoir de l'énergie de n'importe quelle direction. Elle est indépendante de la direction, ce qui la rend beaucoup plus pratique », note Jimmy Hester, conseiller principal du laboratoire, directeur technique et cofondateur d'Atheraxon, une startup de Georgia Tech qui développe une technologie d'identification par radiofréquence (RFID) 5G.
Tirer profit de la puissance haute fréquence des réseaux 5G
Selon le rapport de l'étude, le concept repose sur la mise en œuvre d'une lentille de Rotman entre les antennes et les redresseurs. Les chercheurs expliquent que la lentille de Rotman est essentielle pour les réseaux de formation de faisceaux et est fréquemment utilisée dans les systèmes de surveillance radar pour voir les cibles dans plusieurs directions sans déplacer physiquement le système d'antenne. La lentille Rotman fournit 6 niveaux de vue en même temps dans un motif en forme d'araignée. Cette structure permet de mettre en correspondance un ensemble de directions de rayonnement sélectionnées avec un ensemble associé de ports de faisceau.
La lentille est donc utilisée comme un composant intermédiaire entre les antennes et les redresseurs. De ce fait, l'énergie électromagnétique collectée par les réseaux d'antennes à partir d'une direction est combinée et alimente un seul redresseur. L'efficacité est ainsi maximisée, ce qui permet d'obtenir un système présentant à la fois un gain élevé et une grande largeur de faisceau. Selon le rapport d'étude, le système a permis de multiplier par 21 la puissance récoltée par rapport à un homologue référencé dans les démonstrations. Il aurait également été capable de maintenir une couverture angulaire identique.
Les chercheurs ont utilisé la fabrication additive (impression 3D) pour imprimer les récolteurs d'ondes millimétriques de la taille d'une carte à jouer sur de nombreux substrats à la fois flexibles et rigides. Ce nouveau système pourrait permettre des technologies où la 5G agit comme "un réseau électrique sans fil" pour les applications portables (wearable) et IdO omniprésentes. Selon les chercheurs, le fait de proposer des options d'impression 3D et à jet d'encre rendra le système plus abordable et accessible à un large éventail d'utilisateurs, de plateformes, de fréquences et d'applications.
Est-il possible de remplacer les batteries par une recharge en direct ?
Plus de piles d'appareils ? « Le fait est que la 5G va être partout, notamment dans les zones urbaines. Vous pouvez remplacer des millions, voire des dizaines de millions, de batteries de capteurs sans fil, notamment pour les applications de villes et d'agriculture intelligentes », a déclaré Emmanouil Tentzeris, professeur d'électronique flexible à la "Ken Byers School of Electrical and Computer Engineering". Tentzeris prévoit que l'énergie en tant que service sera la prochaine grande application du secteur des télécommunications, tout comme les données ont dépassé les services vocaux en tant que principal générateur de revenus.
L'équipe de recherche est particulièrement enthousiaste à l'idée que les fournisseurs de services adoptent cette technologie pour offrir de l'énergie à la demande "par voie hertzienne", éliminant ainsi le besoin de batteries. « Je travaille sur la récolte d'énergie de manière conventionnelle depuis au moins six ans, et pendant la majeure partie de cette période, il ne semblait pas y avoir de clé pour faire fonctionner la récolte d'énergie dans le monde réel, en raison des limites sur l'émission de puissance et la focalisation », a déclaré Hester.
« Avec l'avènement des réseaux 5G, cela pourrait réellement fonctionner et nous l'avons démontré. C'est extrêmement excitant, nous pourrions nous débarrasser des batteries », a-t-il ajouté.
Sources : Georgia Institute of Technology, Rapport de l'étude
Et vous ?
Que pensez-vous de la technologie des scientifiques de la Georgia Tech ? Pensez-vous que ce cas d'utilisation fera oublier les inquiétudes sur la haute fréquence de la 5G ? Pensez-vous qu'à la longue, cette technologie remplacera les batteries ? En quoi cela profitera-t-il à l'environnement ?Voir aussi
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Envoyé par Bill Fassinou
