Giảng viên Bách khoa thu hoạch năng lượng từ “cánh đồng” sóng viễn thông

TS. Lê Minh Thùy và TS. Nguyễn Đại Dương

Với việc sử dụng các công nghệ 3G, 4G, 5G, wifi… như hiện nay, có thể tưởng tượng trong không gian đang có một “cánh đồng” sóng viễn thông rất tươi tốt! Tái tạo lượng sóng tràn lan đó thành năng lượng có ích đang là xu hướng rất “hot” trên thế giới. Bắt “trend” NCKH toàn cầu, hai giảng viên Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội: TS. Lê Minh Thùy và TS. Nguyễn Đại Dương đã nghiên cứu chế tạo thiết bị thu hoạch năng lượng từ sóng viễn thông lưu trữ lại, sau đó dùng năng lượng đấy cấp cho các hệ thống khác.

Bắt “trend” NCKH thế giới

TS. Lê Minh Thùy và TS. Nguyễn Đại Dương đều du học từ Pháp về, cùng làm việc tại Lab RF3I Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, hướng nghiên cứu tập trung về ăng ten và truyền sóng.

TS. Thùy cho biết hiện bên cạnh việc cung cấp nguồn bằng pin hoặc điện trực tiếp, các cảm biến không dây còn có thể được cung cấp nguồn từ ngay các nguồn năng lượng có sẵn trong môi trường như: Năng lượng mặt trời, năng lượng nhiệt, dao động và sóng điện từ…. Các khối mạch chuyển hóa các nguồn năng lượng nói trên sang năng lượng điện một chiều ổn định được gọi là các mạch thu hoạch, quản lý và cung cấp năng lượng, đây là công nghệ chính trong các giải pháp tự chủ năng lượng hoặc không dùng pin của các cảm biến không dây, nhờ đó có thể giảm chi phí bảo dưỡng, thay/sạc pin, đồng thời cũng góp phần làm giảm rác thải pin đã qua sử dụng ra môi trường. 

Với việc sử dụng các công nghệ 3G, 4G, 5G, wifi… như hiện nay, có thể tưởng tượng trong không gian đang có một “cánh đồng” sóng viễn thông rất tươi tốt!

Nhờ sự phát triển của công nghệ viễn thông mà sóng viễn thông công nghệ GSM/3G/4G và tương lai gần là 5G tồn tại tại mọi vị trí, địa hình, giúp cho việc kết nối giữa người với người hoặc kết nối với internet trở nên đơn giản và nhanh chóng. Vì vậy, việc thu hoạch năng lượng từ sóng viễn thông để cung cấp nguồn cho các thiết bị điện tử là một giải pháp hợp lý và đang thu hút nhiều dự án và các viện nghiên cứu trên thế giới – có thể gọi đó là một “trend NCKH” hiện nay!

Từ năm 2016 đến nay, rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam đã tập trung vào các giải pháp thu hoạch năng lượng từ sóng điện từ. Từ ý tưởng về chiếc ăng ten vừa thu, vừa phát năng lượng, trong khuôn khổ đề tài được dự án SAHEP – Dự án nâng cao chất lượng giáo dục đại học của Ngân hàng Thế giới – tài trợ, TS. Lê Minh Thùy và TS. Nguyễn Đại Dương đã nghiên cứu thiết kế một bộ ăng ten và bộ chuyển đổi năng lượng, thu những năng lượng thừa đang tràn lan ngoài môi trường về, lưu trữ và sau đấy cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử như mộtcảm biến không dây đơn giản, kết nối internet vạn vật sử dụng công nghệ BLE (Bluetooth năng lượng thấp - công nghệ không dây tiêu thụ rất ít năng lượng dùng để kết nối các thiết bị với nhau). Năng lượng ở đây có thể hiểu là năng lượng điện khai thác được từ sóng điện từ. 

Theo TS. Nguyễn Đại Dương, phần khó nhất chính là thiết kế ăng ten để thu năng lượng từ sóng. Thiết kế hiện nay là thu sóng đơn băng tần, năng lượng khai thác được khá thấp. Muốn thu sóng được nhiều hơn, năng lượng cao hơn cần phải thiết kế được ăng ten thu sóng từ nhiều tần số khác nhau. 

Trong quá trình nghiên cứu, hai giảng viên trẻ đã hướng dẫn các sinh viên, học viên cao học cùng tham gia. Các sinh viên đã tiến hành thử nghiệm ngay cổng Trường Đại học Bách khoa, Số 1 Đại Cồ Việt, thu sóng viễn thông từ mạng 3G. Một sinh viên đã bảo vệ đồ án tốt nghiệp loại xuất sắc và đạt giải đồ án xuất sắc nhất hội đồng với đề tài thu hoạch năng lượng này.

Hiện tại đề tài của hai giảng viên Bách khoa đang dừng ở mức nghiên cứu. Phần thực nghiệm thu năng lượng hiện tại hiệu suất chưa cao nhưng đã đạt kỳ vọng đặt ra. Từ kết quả của đề tài này, TS. Thùy và TS. Dương đang tiếp tục nghiên cứu cải thiện hiệu suất thu hoạch của ăng ten, thiết kế bộ chuyển đổi từ năng lượngxoay chiều sang năng lượng một chiều để đủ cung cấp nguồn ổn định cho các cảm biến không dây. 

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã được công bố trong 2 công trình khoa học thuộc danh mục Scopus. 

Bộ ăng ten và bộ chuyển đổi năng lượng, thu những năng lượng thừa đang tràn lan ngoài môi trường về, lưu trữ và sau đấy cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử

“Người trong cuộc” cảm nhận hỗ trợ thiết thực nhất từ SAHEP

Là người trực tiếp triển khai đề tài nghiên cứu, thụ hưởng các hỗ trợ từ dự án SAHEP, TS. Nguyễn Đại Dương cho biết cá nhân anh nhận thấy hỗ trợ thiết thực nhất, kịp thời nhất từ SAHEP là lệ phí đăng các bài báo khoa học quốc tế. Thủ tục thanh toán cho nội dung này rất kịp thời, nhanh gọn hơn các thủ tục mua sắm mua thiết bị. 

Để triển khai đề tài, nhóm nghiên cứu sử dụng máy tính được mua từ kinh phí hỗ trợ nghiên cứu của SAHEP, cài đặt các phần mềm để xuất ra bản in, bản vẽ. Một số linh kiện, máy móc đặc thù, nhóm phải đặt bên ngoài và nhờ các mối quan hệ để đo đạc. Ví dụ chế tạo ăng ten có đặc thù riêng, phải đặt mạch bên ngoài, nhờ doanh nghiệp đo đạc ăng ten… Các thiết bị đặt mua từ kinh phí hỗ trợ của SAHEP phục vụ đề tài thu hoạch năng lượng sẽ được tận dụng cho đề tài cơ sở sắp tới. Để thấy các thầy/cô giáo Bách khoa Hà Nội đã tận dụng triệt để các hỗ trợ từ dự án SAHEP.

Dự án SAHEP ngoài hỗ trợ các đề tài nghiên cứu còn hỗ trợ cho các phòng thí nghiệm như Phòng thí nghiệm Lý thuyết mạch, Phòng thí nghiệm Điện tử số và Điện tử tương tự. Mới đây, TS. Dương cùng các đồng nghiệp trong bộ môn đã rất phấn khởi đi kiểm thử, nghiệm thu các thiết bị Điện tử tương tự và Điện tử số - Các thiết bị phục vụ nhiều thí nghiệm cơ bản cho môn học trên lớp. 

Có một chút “lăn tăn” của vị tiến sĩ trẻ khi kết thúc xong nghiên cứu về thu hoạch năng lượng sóng viễn thông, đó là một số bất cập về việc thanh toán cho đề tài. “Chúng tôi mất nhiều thời gian cho thủ tục giấy tờ, làm hồ sơ theo các quy định thay đổi 2-4 tháng/lần. Các ban SAHEP đã họp nhiều lần và sau đó đã hỗ trợ các chủ nhiệm đề tài, mọi việc cũng ổn hơn. Mong rằng, những bất cập trong quản lý hành chính sẽ được tháo gỡ, để các nhà khoa học được tập trung vào chuyên môn, nâng cao chất lượng nghiên cứu.” – TS. Dương bày tỏ. 

Gia Hân. Ảnh: NVCC