这项研究突破是由杨亨洙教授(左)领导的团队实现的。这篇论文的第一作者Raghav Sharma博士(右)拿着一个芯片，里面嵌入了大约50个自旋扭矩振荡器。学分:新加坡国立大学随着数字时代的兴起，用于在设备之间无线传输信息的Wi-Fi源数量呈指数级增长。这导致了无线网络使用的2.4G赫兹射频的广泛使用，多余的信号可以被挖掘用于其他用途。为了利用这种未被充分利用的能源，新加坡国立大学(NUS)和日本东北大学(TU)的一个研究团队开发了一种技术，该技术使用被称为自旋扭矩振荡器(STOs)的微型智能设备来采集无线射频并将其转换成能量，为小型电子设备供电。在他们的研究中，研究人员成功地利用无线信号为发光二极管无线供电，并且不使用任何电池。
“我们被Wi-Fi信号包围着，但是当我们不使用它们访问互联网时，它们是不活跃的，这是一种巨大的浪费。我们的最新成果是朝着将现成的2.4千兆赫无线电波转化为绿色能源迈出了一步，从而减少了我们经常使用的电子设备对电池的需求。这样，作为物联网的一部分，小型电子设备和传感器可以通过使用射频波进行无线供电。随着小型家庭和城市的出现，我们的工作可以在通信、计算和神经形态系统中产生节能应用，”新加坡国立大学电气和计算机工程系的杨亨洙教授说，他是该项目的带头人。
这项研究是与同样来自新加坡国立大学电气与计算机工程系的郭勇·辛教授的研究团队以及来自TU的俊介·富康米教授及其团队合作进行的。研究结果发表在2021年5月18日的《自然通讯》上。
将无线信号转换成可用能量
自旋扭矩振荡器是一类产生微波的新兴设备，在无线通信系统中有应用。然而，由于低输出功率和宽线宽，STOs的应用受到阻碍。
虽然多个随机存取存储器的相互同步是克服这个问题的一种方法，但是当前的方案，例如多个随机存取存储器之间的短程磁耦合，具有空间限制。另一方面，使用涡流振荡器的远程电同步仅限于几百兆赫的频率响应。它还需要为单个sto提供专用电流源，这可能会使整个片内实现变得复杂。
为了克服空间和低频限制，研究小组提出了一个阵列，其中八个随机存取存储器串联在一起。使用这个阵列，Wi-Fi使用的2.4 GHz电磁无线电波被转换成直流电压信号，然后传输到一个电容器，点亮一个1.6伏的LED。当电容器充电五秒钟时，它能够在无线电源关闭后点亮同一个发光二极管一分钟。
在他们的研究中，研究人员还强调了电子拓扑对于设计片上STO系统的重要性，并将串联设计与并联设计进行了比较。他们发现，由于更好的时域稳定性、频谱噪声特性和对阻抗失配的控制，并行配置对无线传输更有用。另一方面，串联有利于能量收集，这是由于来自储能系统的二极管电压的叠加效应。
论文的第一作者Raghav Sharma博士在评论他们的结果的重要性时分享道，“除了提出用于无线传输和能量收集的STO阵列之外，我们的工作还展示了使用来自外部射频源的注入锁定来控制耦合STOs的同步状态。这些结果对于同步随机存储的应用前景很重要，例如高速神经形态计算。”
后续步骤
为了提高他们技术的能量收集能力，研究人员正在寻求增加他们设计的阵列中的sto数量。此外，他们还计划测试他们的能量采集器，为其他有用的电子设备和传感器无线充电。
该研究团队还希望与行业合作伙伴合作，探索开发用于自我维持智能系统的片上STOs，这可以为无线充电和无线信号检测系统开辟可能性。
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