Lietuvė fizikė Briuselyje: radijo energija Lietuvai

FTMC doktorantė Justina Žemgulytė pateko į NATO Mokslo ir technologijų organizacijos WGS2026 konkurso finalą, kuris vyks birželio 9 d. Briuselyje. Konkursas kvietė pateikti sprendimus penkioms kritinėms krizių scenarijoms, tarp kurių buvo ir „Diena be energijos“ – scenarijus, kurio metu didelė teritorija lieka be elektros, ryšio ir avarinės reakcijos galimybių. Tai pirmas kartas, kai tarp 12 atrinktų finalistų iš viso pasaulio yra lietuvė. Tokios žinios aktualios Lietuvai: mūsų regionui svarbu turėti vietinius sprendimus, kurie veiktų ekstremalių situacijų metu ir prisidėtų prie Lietuvos energetinio atsparumo bei saugumo.

Scenarijus „Diena be energijos“ ir kodėl tai svarbu Lietuvai

NATO organizuotame iššūkyje pristatytas scenarijus apibūdina grandininį elektros tinklo gedimą, kai keli pagrindiniai transformatoriai vienu metu sugenda, o oro sąlygos neleidžia pasikliauti vėjo ar saulės elektrinėmis. Tokio tipo incidentai gali paveikti ir Lietuvos rinką: miestai, pramonės įmonės Vilniuje, Kaune ar Klaipėdoje bei regioninė infrastruktūra priklauso nuo decentralizuotų, patikimų energijos šaltinių ir greitos stebėsenos. Panašios problemos forumuose ir energetikos planuose aptariamos vis dažniau, todėl technologijos, galinčios išlaikyti kritinius jutiklius ir ryšio mazgus be įprastinio tinklo, yra ypač aktualios lietuviams.

Technologinė idėja: radijo bangų energijos kaupimas ir perdavimas

Justinos pasiūlymas remiasi radijo bangų energijos kaupimo ir perdavimo principais. Idėja paprasta: aplink mus nuolat sklinda mikrobangos iš maršrutizatorių, telefonų, tinklo įrenginių ir kitų belaidžių prietaisų. Specialios antenos tą spinduliuotę surenka, ji paverčiama kintama elektros srove ir vėliau į nuolatinę srovę, kuria galima maitinti mažai energijos reikalaujančius jutiklius. Be to, radijo bangas galima ne tik rinkti, bet ir aktyviai perduoti naudojant kryptines antenas, kurios sufokusuotai nukreipia energiją į konkretų taikinį, taip sumažinant nuostolius.

Kaip veikia energorinkis ir antenų masyvai

Justinos komandai priklauso radijo bangų rinkimo sistema, vadinama energorinkiu. Vietoje vienos vertikalios antenos mokslininkėsi pritaikė plokštesnę, keraminę dielektrinę konstrukciją, kuri užima mažiau vietos ir lengviau integruojama į įrenginius. Atlikti bandymai rodo, kad vienos mažos antenos pajėgumas yra ribotas, todėl kuriami antenų masyvai, kurie padidina efektyvųjį surinkimo plotą ir surenkamą energiją.

Eksperimentų rezultatai FTMC laboratorijoje

Pirmieji bandymai Fizikinių technologijų skyriaus Mikrobangų laboratorijoje davė apčiuopiamus rezultatus. Prototipas, veikiantis šiek tiek galingesniu mikrobangų šaltiniu nei įprastas maršrutizatorius ir turintis dielektrinių antenų masyvą, generavo apie 56 mikrovatų (µW) elektros galios. Tai nėra daug, bet jau pakankama maitinimui mažų jutiklių. Naudojant galios kaupimo modulius ir kondensatorių, energija kaupėsi, o eksperimentuose tokiomis pačiomis sąlygomis buvo pasiekti ir daugiau nei 600 µW, kai kondensatorius buvo įkraunamas trumpu impulsu.

Ką reikštų šie skaičiai praktikoje

Surinkta galia leidžia ilgą laiką maitinti žemos galios IoT jutiklius, kurie matuoja radiacijos lygį, temperatūrą ar struktūrinę apkrovą. Lietuvoje tokie sprendimai naudingi tiltų, tiltelių, miestų infrastruktūros stebėjimui bei išmaniųjų miestų (smart city) iniciatyvoms Vilniuje ir Kaune. Smulkūs automatiniai jutikliai galėtų veikti be priežiūros ir be baterijų keitimo metus ar kelerius metus, priklausomai nuo energijos kaupimo strategijos.

Produkto savybės ir technologijos privalumai

• Mažas įrenginio dydis ir plokščios dielektrinės antenos, tinkamos įmontuoti į jau esamą infrastruktūrą
• Antenų masyvai padidina surinkimą ir leidžia aptarnauti daugiau jutiklių vienu metu
• Galimybė tiek kaupti, tiek aktyviai perduoti energiją naudojant kryptines antenas
• Integracija su galios kaupimo moduliais, leidžiančiais tiekti trumpesnius didesnės galios impulsus
• Atsparumas ekstremalioms situacijoms, kai įprastas tinklas neveikia

Privalumai lyginant su tradiciniais sprendimais: mažesnės eksploatacijos išlaidos, jokio arba minimalus baterijų keitimas, galimybė įrengti jutiklius tose vietose, kur nėra laidinės energijos tiekimo.

Pritaikymo atvejai Lietuvoje ir verslui

• Infrastruktūros monitoringas: tiltai, viadukai, stulpai ir kiti statiniai Kauno ir Vilniaus regione. Jutikliai, nuolatos stebintys struktūros būklę, gali sumažinti avarijų riziką ir taupyti viešąsias išlaidas.
• Radiacijos valdymas: po branduolinių avarijų ar pramoninių incidentų mažų autonominių jutiklių tinklai galėtų surinkti informaciją nevaržomai ir perduoti ją gelbėjimo tarnyboms.
• Žemės ūkis ir aplinkos stebėsena: skaitmeniniai jutikliai be poreikio keisti baterijas būtų naudingi tolimose Lietuvos vietovėse.
• Smart city sprendimai Vilniuje: belaidžiai jutikliai galėtų papildyti esamas infrastruktūras ir padėti optimizuoti energetikos vartojimą bei eismo valdymą.

Rinkos reikšmė Lietuvos kontekste

Lietuvos rinka sparčiai diegia IoT sprendimus ir išmaniąją infrastruktūrą. Daug įmonių ir savivaldybių Vilniuje bei Kaune domisi technologijomis, kurios mažina eksploatavimo išlaidas ir didina atsparumą. Radijo bangų energijos kaupimas yra papildoma alternatyva baterijų keitimui ir laidiniams sprendimams, ypač regionuose, kur tinklo palaikymas yra brangus arba sudėtingas. Vietiniai startuoliai gali plėtoti produkto prototipus, bendradarbiauti su FTMC ir perkelti technologiją į komercinį lygį, o tai skatintų Lietuvos inovacijų ekosistemą.

Iššūkiai ir tolimesnės perspektyvos

Technologija dar negali pakeisti viso elektros tinklo: radijo bangų rinkimo įrenginiai kol kas generuoja mikro- ir miliwatus, kurie tinka jutikliams, bet ne pramonei. Tačiau ateityje, ypač su kryptiniu energijos perdavimu ir pažangesnėmis perdavimo schemomis, galima tikėtis didesnių galių. Justina teisėtai mini ir idėją apie orbitinius saulės kolektorius, kurių energiją perduoti būtų galima radijo bangomis. Tokie ilgalaikiai scenarijai galėtų per 10–20 metų ženkliai pakeisti jėgainių ir energijos perdavimo architektūras.

Išvados: ką tai reiškia Lietuvai

Justinos projektas nėra vien teorinis bandymas. Tai pavyzdys, kaip Lietuvos mokslas gali prisidėti prie globalių saugumo ir energetikos sprendimų. Lietuvos vartotojams ir įmonėms tokia technologija reiškia naujus būdus stebėti ir apsaugoti infrastruktūrą bei mažinti priklausomybę nuo tradicinių energijos šaltinių ekstremaliomis sąlygomis. Jei FTMC ir Lietuvos verslo bendruomenė investuos į komercializaciją, šis sprendimas gali tapti reikšmingu elementu Lietuvos ir Baltijos šalių atsparumo didinime.