Ha mosso da poco i primi passi ma sta già facendo molta strada: parliamo dell’approccio cosiddetto “Energy Harvesting”, cioè dei sistemi per recuperare tutti gli scampoli di energia che si perderebbero nelle azioni e situazioni più comuni e quotidiane. La novità più interessante viene dai ricercatori della Pratt School of Engineering della Duke University che hanno progettato un dispositivo di “raccolta” di energia con efficienza – dicono – simile a quella dei più moderni pannelli solari. Il dispositivo – descritto nel prossimo numero di Applied Physics Letters nell’articolo “A microwave metamaterial with integrated power harvesting functionality” – converte, con modalità wireless, un segnale a microonde in corrente continua in grado di ricaricare una batteria del cellulare o altre piccole apparecchiature elettroniche.
Opera in base a un principio simile a quello dei pannelli solari che convertono l’energia luminosa in corrente elettrica; questo versatile sistema però può essere sintonizzato per raccogliere (harvesting, appunto) segnali provenienti da altre fonti di energia, inclusi i segnali satellitari, segnali sonori, segnali Wi-Fi. La chiave dell’innovativo metodo risiede nell’applicazione di metamateriali, cioè strutture in grado di catturare varie forme di oscillazioni di energia e di sintonizzarle per poi applicarle ai sistemi più diversi. Gli autori della ricerca – Steven Cummer, Allen Hawkes e Alexander Katko – hanno progettato un circuito elettrico in grado di raccogliere le microonde: il progetto prevede l’utilizzo di una serie di cinque conduttori in fibra di vetro e in rame cablati insieme su un circuito per convertire le microonde. Il risultato è una tensione elettrica di uscita di 7,3 volt; in confronto, i caricatori USB per piccoli dispositivi elettronici forniscono circa 5 volt.
L’obiettivo iniziale dei ricercatori della Duke era di ottenere la massima efficienza energetica possibile; quindi puntavano ad arrivare a un valore tra 6 e 10 per cento, ma con questo sistema sono stati in grado di migliorare notevolmente la conversione di energia raggiungendo il 36,8%, che è paragonabile a quello che si ottiene nelle celle solari. Finora erano stati condotti molti studi teorici sulle proprietà dei metamateriali; ora, con questo lavoro si sta passando alle applicazioni pratiche. «Le proprietà di metamateriali – dicono i tre ingegneri – consentono una notevole flessibilità di progettazione, impensabile con i consueti dispositivi come le antenne. Quando le antenne tradizionali sono vicine le une alle altre in uno spazio ristretto, esse comunicano tra loro e interferiscono nel funzionamento reciproco. Il processo di progettazione utilizzato per creare il nostro array di meta materiali, prende in considerazione questi effetti e risolve il problema permettendo alle singole celle di lavorare insieme».
Vediamo quindi le prospettive che si aprono. Ad esempio, un rivestimento di metamateriale potrebbe essere applicato al soffitto di una stanza per reindirizzare e recuperare l’energia dei segnali Wi-Fi che altrimenti andrebbe perduta. Un’altra applicazione potrebbe essere quello di migliorare l’efficienza energetica degli elettrodomestici recuperando via wireless l’energia che si perde durante l’uso. Con ulteriori modifiche, i ricercatori sostengono che la capacità di raccolta energetica dei metamateriali potrebbe essere integrata direttamente in un telefono cellulare, permettendogli di ricaricarsi, sempre in modalità wireless, quando non è in uso. Questa soluzione potrebbe, in linea di principio, consentire alle persone che vivono in luoghi senza accesso immediato a una presa di corrente convenzionale di raccogliere l’energia da una vicina centralina a torre dei telefoni cellulari.
Il lavoro pubblicato su Applied Physics Letters dimostra quindi la possibilità di un approccio semplice ed economico per la raccolta di energia elettromagnetica. «Il bello di questo progetto – dicono ancora gli autori – è che gli elementi di base sono indipendenti e additivi. Si possono cioè semplicemente assemblare più blocchi per aumentare il potere di raccolta». Per esempio, una serie di blocchi potrebbero essere assemblati per catturare il segnale da un insieme noto di satelliti che stanno sorvolando la zona; la piccola quantità di energia prodotta da questi segnali potrebbe alimentare una rete di sensori in una posizione remota, come sulla cima di una montagna o nel deserto, per consentire la raccolta di dati per uno studio a lungo termine di quelli che richiedono misure saltuarie.
