Новая технология обеспечивает питание электронных устройств в тестовом помещении

Новая технология обеспечивает питание электронных устройств в тестовом помещении

Что если бы ваш смартфон или ноутбук начал заряжаться, как только вы вошли в дверь? Исследователи разработали специально построенную комнату, которая может передавать энергию на различные электронные устройства, находящиеся в ней, заряжая телефоны и питая домашнюю технику без вилок и батарей.

Эта система "обеспечивает безопасную и мощную беспроводную передачу энергии в больших объемах", - говорит Такуя Сасатани, доцент проекта в Высшей инженерной школе Токийского университета и ведущий автор нового исследования, опубликованного на этой неделе в журнале Nature Electronics. Комната основана на том же явлении, что и беспроводные зарядные устройства для телефонов ближнего радиуса действия: металлическая катушка, помещенная в магнитное поле, производит электрический ток.

Существующие коммерческие зарядные доки используют электричество из розетки для создания магнитного поля на небольшой площади. Большинство последних смартфонов оснащены металлической катушкой, и когда такая модель помещается на док-станцию, в результате взаимодействия вырабатывается ток, достаточный для питания батареи телефона. Но современные коммерческие продукты имеют очень ограниченный радиус действия. Если поднять телефон с док-станции или надеть на него слишком толстый чехол, беспроводная передача энергии прекращается. Но если магнитное поле заполнит всю комнату, любой телефон, находящийся в нем, будет иметь доступ к беспроводной энергии.

"Перспектива иметь комнату, в которой множество устройств могли бы получать питание в любом месте, действительно привлекательна и интересна", - говорит Джошуа Смит, профессор информатики и электротехники Вашингтонского университета, который не принимал участия в новом исследовании. "И эта статья делает еще один шаг к тому, чтобы сделать это возможным".

В работе исследователи описывают специально созданную тестовую комнату объемом около 18 кубических метров (что примерно эквивалентно небольшому грузовому контейнеру), которую Сасатани построил из проводящих алюминиевых панелей с металлическим шестом, проходящим посередине. Команда оборудовала комнату беспроводной лампой и вентилятором, а также более прозаичными предметами, включая стул, стол и книжную полку. Когда исследователи пропускали электрический ток через стены и столб в заданном порядке, в помещении создавалось трехмерное магнитное поле. Фактически, они создали установку для создания двух отдельных полей: одного, заполняющего центр комнаты, и другого, охватывающего углы, что позволяет заряжать любые устройства в помещении, не сталкиваясь с мертвыми зонами.

Проведя моделирование и измерения, Сасатани и его соавторы обнаружили, что их метод может передавать 50 ватт энергии по всей комнате, зажигая все устройства, оснащенные приемной катушкой, которые они тестировали: смартфон, лампочку и вентилятор. Однако при передаче часть энергии терялась. Эффективность передачи варьировалась от низкого уровня в 37,1 процента до высокого - около 90 процентов, в зависимости от силы магнитного поля в определенных точках комнаты, а также от ориентации устройства.

Если не принимать мер предосторожности, то при прохождении тока через металлические стены комнаты в ней обычно возникают два типа волн: электрические и магнитные. Это представляет собой проблему, поскольку электрические поля могут выделять тепло в биологических тканях и представлять опасность для человека. Поэтому команда вмонтировала в стены конденсаторы - устройства, накапливающие электрическую энергию. "Это ограничивает безопасные магнитные поля в пределах объема комнаты и одновременно ограничивает опасные части внутри всех компонентов, встроенных в стены", - объясняет Сасатани.

Исследователи также проверили безопасность комнаты путем компьютерного моделирования, измерив, какому воздействию подвергнется человеческое тело в цифровой модели комнаты с питанием. Такие органы власти, как Федеральная комиссия по связи, установили стандарты того, насколько безопасному воздействию электромагнитного излучения может подвергаться человеческое тело, и моделирование показало, что поглощение энергии в испытательной комнате будет оставаться значительно ниже допустимых пределов. "Мы не утверждаем однозначно, что эта технология безопасна при любом использовании - мы все еще продолжаем исследования", - говорит соавтор исследования Алансон Сэмпл, доцент кафедры электротехники и информатики Мичиганского университета. "Но это дает нам некоторую уверенность... что у нас еще много возможностей для того, чтобы быть намного ниже этого порога мощности, где мы все еще можем заряжать ваш мобильный телефон так же легко, как вы входите в комнату, не беспокоясь о вопросах безопасности".

Помимо телефонов, Сэмпл предполагает, что специальная комната для беспроводной зарядки позволит различным электронным устройствам - датчикам, мобильным роботам или даже медицинским имплантатам - работать в фоновом режиме, подзаряжаясь без проводного соединения и позволяя человеку практически не обращать на них внимания. Эта техника также может быть применена в более специализированных ситуациях. "Я могу представить себе, что это может быть действительно полезно для высокоинструментированных, дорогостоящих помещений, таких как, например, операционная, - говорит Смит, - где можно представить, что различные инструменты и устройства могут быть просто запитаны без использования шнуров".

Но такие применения еще далеко в будущем. "Просто слишком обременительно обклеивать стены алюминиевыми листами - в этом пока нет смысла", - говорит Сэмпл. "Мы только что разработали совершенно новую технику. Теперь нам нужно выяснить, как сделать ее практичной". Он планирует продолжить исследования: покрытие существующих помещений проводящим материалом или строительство специализированных стен, содержащих проводящие слои, может позволить строить комнаты для беспроводной зарядки, которые также будут соответствовать строительным нормам и правилам. Тем временем Сасатани надеется повысить эффективность передачи энергии в помещении и устранить все застойные зоны, до которых заряд не доходит.

Беспроводная зарядка - это чрезвычайно конкурентная концепция, в рамках которой множество компаний соревнуются в передаче энергии с помощью электромагнетизма, лазеров или звуковых волн. "Многие люди заинтересованы в подходах типа формирования луча, когда вы фактически генерируете распространяющуюся радиоволну и направляете ее вокруг", - говорит Смит. "Преимущество подхода, использованного в данной работе, заключается в том, что поля преимущественно магнитные, что более безопасно и позволяет получить большую мощность при том же уровне безопасности, по сравнению с фактической передачей распространяющейся радиоволны, где электрические и магнитные поля примерно равны". С другой стороны, отмечает он, для зарядного луча не потребуется специально построенная металлическая комната с шестом посередине. Каждая техника может найти свое применение.

"Есть и другие механизмы зарядки, более дальнобойные, которые дают гораздо больший радиус действия", - говорит Сэмпл. "Но на самом деле нет такого механизма, который давал бы вам, скажем, 10 ватт энергии в любой точке пространства".

устройства, энергия, комната, зарядка телефона, беспроводная зарядка
Опубликовал материал:  MrAstute
162 Дата публикации: 09.09.21


Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив