Electricitate fără fire. Spre o nouă lume a electricității wireless

La sfârșitul secolului al XIX-lea, descoperirea faptului că energia electrică ar putea fi folosită pentru a aprinde un bec a provocat o explozie de cercetări care urmărește să găsească cea mai bună modalitate de a transmite electricitate.

În fruntea cursei a fost faimosul fizician și inventator Nikola Tesla, care a dezvoltat un proiect grandios. În imposibilitatea de a crede în realitatea creării unei rețele colosale de fire care acoperă toate orașele, străzile, clădirile și încăperile, Tesla a ajuns la concluzia că singura metodă de transmitere posibilă este wireless. El a proiectat un turn înălțime de aproximativ 57 de metri, care trebuia să transmită energie pe o distanță de mulți kilometri și chiar a început să-l construiască pe Long Island. Au fost efectuate o serie de experimente, dar lipsa banilor nu a permis finalizarea turnului. Ideea de a transmite energie pe cale aeriană a fost risipită imediat ce sa dovedit că industria a fost capabilă să dezvolte și să implementeze o infrastructură cu fir.

Și acum, acum câțiva ani, profesor asociat al Departamentului de Fizică al Institutului de Tehnologie din Massachusetts (MIT), Marin Soljačić, a fost trezit dintr-un vis dulce de strigătele insistente ale unui telefon mobil. „Telefonul nu s-a oprit, cerând să îl încărc”, spune Soljacic. Obosit și nu era pe cale să se ridice, a început să viseze că telefonul, fiind acasă, începe să se încarce singur.
Soljacic a început cercetările privind modalitățile de transfer de energie fără fire. El a abandonat proiectele de transmisie de energie pe distanțe lungi precum proiectul Tesla și s-a concentrat pe metode de transmisie de energie pe distanțe scurte care ar permite încărcarea sau chiar pornirea pe dispozitive portabile - telefoane mobile, PDA, laptopuri.
La început, el a considerat posibilitatea de a utiliza undele radio care transmit informații atât de eficient la distanță, dar a constatat că în acest caz, cea mai mare parte a energiei va fi disipată în spațiu. Utilizarea unui laser a impus ca sursa de energie și dispozitivul reîncărcabil să fie în câmpul vizual unul față de celălalt, fără obstacole între ele. În plus, această metodă a fost plină de daune aduse obiectelor prinse în linia de transmisie. Prin urmare, Soljacic a început să caute o metodă de transmisie care să fie atât eficientă, adică capabilă să transmită energie fără a o dispersa și să fie în siguranță.
La final, s-a așezat pe fenomenul cuplajului de rezonanță, când două obiecte reglate la aceeași frecvență fac schimb intens de energie între ele, în timp ce interacționează doar slab cu alte obiecte. O ilustrare clasică a acestui efect este experiența cu mai multe pahare umplute cu vin fiecare la un nivel diferit decât restul. Drept urmare, pentru fiecare sticlă există o frecvență unică de sunet care provoacă vibrații. Dacă un cântăreț ia o notă de frecvență corespunzătoare, unul dintre ochelari poate primi o astfel de doză de energie acustică încât se va crăpa, în timp ce ochelarii rămași vor rămâne intacti.
Soljacic și-a dat seama că rezonanța magnetică este o modalitate promițătoare de a transfera electricitate. Câmpul magnetic se răspândește liber în spațiu și, la frecvențele potrivite, este inofensiv pentru viețuitoare. Lucrând împreună cu profesorii de fizică MIT John Joannopoulos și Peter Fisher și trei studenți, el a dezvoltat un dispozitiv simplu care a aprins wireless un bec de 60 de wați.
Dispozitivul era format din două serpentine de cupru reglate în rezonanță suspendate din tavan la o distanță de aproximativ doi metri. O bobină a fost conectată la o sursă de curent alternativ și a creat un câmp magnetic. O a doua bobină reglată la aceeași frecvență și conectată la bec, rezonând într-un câmp magnetic, a generat un curent care aprinde becul. Dispozitivul a funcționat chiar și atunci când a fost așezat un perete subțire între spire.

Este de remarcat faptul că instalația nu necesită nici măcar o linie directă de vedere între receptor și transmițător. Ca experiment, s-au așezat plăci de carton și de fier între ele, dar acest lucru nu a afectat alimentarea cu curent.
Cel mai eficient dintre dispozitivele create de acest moment este format din bobine de cupru de 60 de centimetri și un câmp magnetic cu o frecvență de 10 megahertz. Vă permite să transmiteți energie pe o distanță de doi metri cu o eficiență de 50 la sută. Cercetările sunt efectuate cu argint și alte materiale pentru a reduce dimensiunea bobinelor și pentru a crește eficiența. Soldacic speră să obțină 70-80 la sută eficiența transmisiei.

Fizicienii din Massachusetts explică că principiul instalării se bazează pe mecanismul de rezonanță, adică pe un fenomen care provoacă vibrații într-un obiect atunci când este expus la energie cu o anumită frecvență. Cu toate acestea, când două obiecte au indici de rezonanță egali, pot schimba energie și nu afectează în niciun fel obiectele din jur.

În natură, există multe exemple de rezonanță. Cel mai cunoscut exemplu de rezonanță este atunci când mai multe pahare de sticlă identice sunt umplute cu cantități diferite de apă, dacă fiecare pahar este tapetat cu o lingură de metal, atunci fiecare pahar va scoate un sunet unic.

În loc de rezonanță acustică, fizicienii au folosit rezonanța de frecvență a undelor electromagnetice în WiTricity. În instalație, ambele bobine rezonează în intervalul de frecvență de 10 MHz și schimbă energie electrică și cu cât interacțiunea dintre elemente este mai lungă, cu atât mai mult curent ajunge la receptor. Mai mult decât atât, cu cât este mai scăzut intervalul de rezonanță, cu atât este obținut un interval de lungime de undă mai lungă și cu atât distanța dintre receptor și emițător poate fi mai mare.

Un alt factor important este faptul că această configurare nu aduce atingere sănătății umane, deoarece funcționează la frecvențe joase în principal în spectrul magnetic.

"Din câte știm, organismele umane nu reacționează la interacțiunea magnetică. Dacă frecvența dvs. ar fi vizibilă, de exemplu, 2 GHz, atunci veți obține efectul unui cuptor cu microunde și acesta ar fi un efect complet diferit", spune unul dintre dezvoltatorii instalației, Marine Soladzic.

În prezent sunt cercetate o serie de alte modalități de reîncărcare a bateriilor fără fir. Startup-uri precum Powercast, Fulton Innovation și WildCharge au început să comercializeze adaptoare care permit încărcarea wireless a telefoanelor mobile, a playerelor MP3 și a altor dispozitive acasă sau în mașină. Dar abordarea lui Soljacic este diferită prin faptul că permite încărcarea automată a dispozitivelor imediat ce intră în câmpul de acțiune al unui transmițător wireless.
Munca grupului Soljacic a atras atenția companiilor producătoare de dispozitive electronice, precum și a industriei auto. Cercetarea a fost finanțată de Departamentul Apărării din SUA, care spera să obțină tehnologia automată de reîncărcare a bateriilor fără fir. Cu toate acestea, Soldjacic preferă să nu se răspândească despre posibila aplicare industrială a tehnologiei sale.
Există atât de multe aplicații potențiale în lumea actuală bazată pe baterii, unde tehnologia noastră poate fi folosită ", spune el.„ Este o metodă foarte puternică. "