Система “Зарядная комната” обеспечивает питание фонарей, телефонов и ноутбуков без проводов
В шаге, который однажды может освободить столешницы мира от путаницы зарядных шнуров, исследователи из Университета Мичигана и Университета Токио разработали систему для безопасной доставки электричества по воздуху, потенциально превратив целые здания в зоны беспроводной зарядки.
Подробно в новом исследовании, опубликованном в Природа Электроника, технология может обеспечивать мощность 50 Вт с использованием магнитных полей.
Зал для беспроводной зарядки строится в Токийском университете.
Автор исследования Алансон Сэмпл, профессор компьютерных наук и инженерии UM, говорит, что в дополнение к отключенным телефонам и ноутбукам эта технология также может питать имплантированные медицинские устройства и открывать новые возможности для мобильной робототехники в домах и на производственных объектах. Команда также работает над внедрением системы в пространствах, меньших размера комнаты, например, в ящике для инструментов, который заряжает инструменты, размещенные внутри.
«Это действительно увеличивает мощность вездесущего компьютерного мира – вы можете подключить компьютер к чему угодно, даже не беспокоясь о зарядке или подключении», – сказал Сэмпл. «Также существует множество клинических применений; сегодняшним сердечным имплантантам, например, требуется провод, идущий от насоса через тело к внешнему источнику питания. Это могло бы устранить это, снизив риск заражения и улучшив качество жизни пациентов ».
Команда, возглавляемая исследователями из Токийского университета, продемонстрировала эту технологию в специально построенной алюминиевой испытательной комнате размером примерно 10 на 10 футов. Они обеспечивают беспроводное питание ламп, вентиляторов и сотовых телефонов, которые могут потреблять ток из любой точки комнаты, независимо от расположения людей и мебели.
По словам исследователей, эта система является значительным улучшением по сравнению с предыдущими попытками создания систем беспроводной зарядки, в которых использовалось потенциально опасное микроволновое излучение или требовалось разместить устройства на специальных зарядных площадках. Вместо этого он использует проводящую поверхность на стенах комнаты и проводящий полюс для генерации магнитных полей.
Устройства используют магнитное поле с помощью катушек, которые можно интегрировать в электронику, например, в сотовые телефоны. Исследователи говорят, что систему можно легко масштабировать до более крупных сооружений, таких как фабрики или склады, при этом соблюдая существующие правила безопасности для воздействия электромагнитных полей.
«Что-то подобное было бы проще всего реализовать в новом строительстве, но я думаю, что возможны и модификации», – сказал Такуя Сасатани, исследователь из Токийского университета и автор-корреспондент исследования. «В некоторых коммерческих зданиях, например, уже есть металлические опоры, и должна быть возможность распыления проводящей поверхности на стены, возможно, аналогично тому, как делают фактурные потолки».
По словам Сэмпла, ключом к созданию системы является создание резонансной структуры, которая могла бы создавать магнитное поле размером с комнату, ограничивая при этом вредные электрические поля, которые могут нагревать биологические ткани.
Готовая зарядная комната, расположенная в Токийском университете.
В решении команды использовались устройства, называемые сосредоточенными конденсаторами. Помещенные в полости стен, они создают магнитное поле, которое резонирует через комнату, удерживая электрические поля внутри самих конденсаторов. Это преодолевает ограничение предыдущих беспроводных систем электропитания, которые ограничиваются либо передачей большого количества энергии на несколько миллиметров, либо очень маленьким количеством энергии на большие расстояния.
Второе препятствие заключалось в том, как создать магнитное поле, которое достигает каждого угла комнаты – магнитные поля имеют тенденцию распространяться по кругу, создавая мертвые зоны в квадратной комнате. Кроме того, приемники должны быть выровнены по полю определенным образом, чтобы потреблять энергию.
«Вытягивание энергии с помощью катушки во многом похоже на ловлю бабочек сеткой», – сказал Сэмпл. «Хитрость заключается в том, чтобы как можно больше бабочек кружили по комнате во всех возможных направлениях. Таким образом, вы будете ловить бабочек независимо от того, где находится ваша сеть и в какую сторону она направлена ».
Чтобы это произошло, система
генерирует два отдельных трехмерных магнитных поля. Один движется по кругу вокруг центрального полюса комнаты, а другой кружится по углам, путешествуя между соседними стенами. Такой подход устраняет мертвые зоны, позволяя устройствам получать электроэнергию из любой точки пространства.
Конденсаторы с сосредоточенными параметрами, установленные в полостях стены в комнате для беспроводной зарядки. Предоставлено: Токийский университет.
Испытания с анатомическими манекенами показали, что система может подавать не менее 50 Вт мощности в любое место в комнате без превышения рекомендаций FCC по воздействию электромагнитной энергии. Сэмпл сказал, что, однако, вполне вероятно, что можно будет обеспечить более высокие уровни мощности при дальнейшей доработке системы.
Исследователи отмечают, что внедрение системы в коммерческих или жилых помещениях, скорее всего, займет годы. В настоящее время они работают над тестированием системы в здании университетского городка UM. Они будут реализовывать это как модернизацию, так и новое строительство в серии помещений, в которых используются стандартные методы строительства, с датой завершения, установленной на эту осень.
В команду также входит Ёсихиро Кавахара, профессор электротехники и информационных систем Токийского университета. Исследование было поддержано Японским агентством науки и технологий и Японским обществом содействия науке.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
