Sensores capazes de extrair energia da luz, calor, som ou movimento: pesquisadores americanos conseguiram isso graças a uma célula fotovoltaica incomum.
Cidades inteligentes, infra-estruturas mais eficientes, transportes optimizados, redes energéticas mais fiáveis, serviços públicos melhor coordenados… por detrás de todos estes avanços existe muitas vezes uma tecnologia chave: a Internet das Coisas, ou IoT.
Esta tecnologia refere-se a uma rede de objetos conectados à Internet e entre si, com o objetivo de trocar dados e facilitar a automação. O grande sistema é composto principalmente por um processador que analisa os dados, uma nuvem para onde esses dados são enviados e, sobretudo, sensores (temperatura, movimento, pressão, etc.).
A IoT é um pilar essencial da tecnologia digital e o seu papel só aumentará nos próximos anos. Já estamos a imaginar um futuro onde os sensores irão monitorizar o estado das infraestruturas, otimizar as colheitas agrícolas e proteger os edifícios.
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Esta revolução, no entanto, depende de energia confiável e sustentável para estes famosos objetos. E é neste ponto que se registaram progressos. Pela primeira vez, pesquisadores das Universidades de Arkansas e Michigan conseguiram alimentar sensores de temperatura de baixíssima potência usando células solares de grafeno. Você entenderá por que esse material foi preferido, apesar de sua eficiência energética muito baixa em comparação com semicondutores conhecidos, como o silício ou a perovskita.
Extraindo energia de todas as formas de energia ambiente
O grafeno é um material composto por uma única camada de átomos de carbono dispostos em forma de rede hexagonal. Entre suas inúmeras propriedades, possui potencial fotovoltaico, embora sua eficiência seja de apenas 2,3%. Em comparação, o silício apresenta uma eficiência superior a 20%. Um rendimento certamente baixo, mas suficiente se levarmos em conta as demais características do grafeno.
Na verdade, este material é extremamente sensível ao seu ambiente. A menor variação de luz, calor, vibração ou radiação modifica imediatamente o seu estado eletrônico. Essa sensibilidade permite transformar baixa energia em corrente utilizável.
O objetivo dos cientistas deste estudo foi, portanto, criar um sistema capaz de ser alimentado não só pela luz solar, mas também por todas as formas de energia ambiente: energia térmica, cinética, acústica e de radiação.
O sensor torna-se assim completamente autónomo, sem necessidade de bateria. Em vez disso, o sistema integra supercapacitores, sistemas de armazenamento que são muito mais duráveis ao longo do tempo.
Mas para que isso funcionasse foi necessário reduzir drasticamente o consumo de energia do sensor, na ordem de um nanowatt (ou seja, um bilionésimo de watt). Isso significa que a aplicação com grafeno não é compatível com dispositivos maiores.
Um sistema projetado para aplicações IoT
Usando células solares de grafeno e supercapacitores, esses sensores podem ser implantados em áreas de difícil acesso e locais onde a substituição frequente da bateria seria muito cara. Isso os torna particularmente adequados para a Internet das Coisas.
Segundo os investigadores, os seus sensores poderão assim ser utilizados para monitorizar temperatura, humidade, vibrações ou qualidade do ar em ambientes isolados, como infraestruturas industriais, redes elétricas, edifícios inteligentes ou mesmo áreas naturais. Na agricultura, podiam monitorizar o estado das culturas ou do solo sem necessidade de manutenção. Nas cidades inteligentes, seriam utilizados para otimizar o consumo de energia, gerir o trânsito ou monitorizar os transportes públicos.