从空气中收集环境能源 - 电子发烧友网最新前沿技术精彩赏析（三）

　　二、新型能量采集技术可从空气中收集环境能源

　　美国乔治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员开发出一种能量采集技术，能撷取广播电视发射器或是手机网络、卫星通讯系统输出的能量；透过这种从我们周遭空气中搜寻可 用环境能源（ambient energy）的技术，可望为无线传感器网络、微处理器或是通讯芯片提供一种新的供电来源。

　　“在我们周遭有大量的电磁能 源（electromagnetic energy），但迄今尚未有人能够开采这些能量，”主持该研究案的乔治亚理工学院电子与电脑工程系教授Manos Tentzeris表示，“我们使用了一种超宽频（ultra-wideband）天线，以利用来自不同频段的各种讯号，也借此大大提高了能量收集能力。”

　　Tentzeris 的研究团队用喷墨印刷（inkjet printers）技术将传感器、天线与能量搜寻电路整合在纸张或是软性聚合物上，所产出的自供电无线传感器能提供在国防、工业领域的化学、生物或温度、 压力传感应用，以及制造业、零售业使用的RFID标签，也可做为通讯、电力使用情况等方面的监测应用。

　　通讯设备会在许多不同频段发射能量，乔治亚理工学院研究团队的能量采集装置能撷取这类能量，并将交流电（AC）转换为直流电（DC）储存至电容或是电池中；该种技术能立即利用来自FM广播到雷达频率范围内，约100MHz至15GHz或更高的能量。

　　研究人员在电视广播频段所进行的实验，已经采集到数百微瓦（microwatts）的电力。若采用支持多频段的采集装置，预期可收集到至少1毫瓦（milliwatt）的电力，足以驱动许多小型电子元件，例如传感器与微处理器。

　　乔治亚理工学院电子与电脑工程系教授Manos Tentzeris手持以喷墨印刷技术印在纸上的能量采集传感器（左）与超宽频螺旋天线（spiral antenna）

　　藉由结合此种能量采集技术与超级电容（supercapacitor）、循环运作机制（cycled operation），乔治亚理工学院的研究团队预期未来可驱动电力需求量50毫瓦以上的元件；这种方法是将能量储存在类似电池的超级电容中，当电量累积到所需的一定程度就可以使用。

　　研究人员已经成功地将撷取自半公里远的电视发射台电磁能量，驱动了一颗温度传感器，目前正在准备用该种技术验证驱动微控制器。

　　Tentzeris 表示，可利用不同电磁频段的能量，将提升能量采集装置的可靠性，因为如果某个频段因为使用状况而暂时无法收集到能量，还是可以从其他频段取得。该装置还能 与其他发电技术一起使用，例如搭配太阳能发电装置，在白天以日光为系统的电池充电，但到了晚上，太阳能无法供电时，该能量采集装置就可继续为系统的电池充 电，避免电力消耗。

　　这种能量采集技术也可做为某种形式的系统备援；如果系统所配备的太阳能装置或是电池暂时故障，就可透过该能量采集技术来维持系统的基本功能。

　　乔治亚理工学院是以标准的喷墨印刷制程来制作所需电路，不过Tentzeris补充指出，他们的墨水采用了结合银纳米粒子与其他纳米粒子的“独家配方”。其技术不仅能印刷出RF元件与电路，也能制作出以碳纳米管等纳米材料为基础的创新传感元件。