Беспроводное электричество поразило своих создателей
Питающиеся неосязаемым методом бытовые устройства, высвобожденные от электрических проводов, не первый раз будоражат умы изобретателей. Но как раз сейчас эксперты подошли к тому, дабы научить серийные пылесосы, торшеры, телевизоры, машины, имплантаты, мобильные роботы и лэптопы действенно и безопасно приобретать ток из беспроводного источника.
Сравнительно не так давно команда учёных из Массачусетского технологического университета (MIT), возглавляемая Марином Солячичем (Marin Soljacic), совершила очередной ход на пути превращения разработки беспроводного электричества из лабораторного «фокуса» в пригодную для тиражирования разработку. Совсем нежданно они нашли эффект, разрешающий поднять КПД передачи. Но перед тем как поведать о новом опыте, стоит сделать отступление.
В качестве переносчика энергии в этом случае употребляется ближнее магнитное поле, осциллирующее с высокой частотой в пара мегагерц. Для переброски нужны две магнитные катушки, настроенные на однообразную частоту резонанса. Перекачку энергии между ними учёные сравнивают с разрушением резонирующего стеклянного бокала, в то время, когда он «слышит» звук строго определённой частоты.
Идеализированные (на данном рисунке) магнитные катушки (жёлтый цвет), окружённые собственными полями (красный и светло синий), передают друг другу энергию на расстоянии D, многократно большем, чем размер самих катушек. Это учёные и именуют резонансной магнитной связью (либо сцеплением) – Resonant Magnetic Coupling (иллюстрация WiTricity).
В следствии сотрудничества катушек и получается то, что было названо «Беспроводным электричеством» (WiTricity). Кстати, слово это — торговая марка, которая в собственности одноимённой корпорации, основанной Солячичем и рядом его сотрудников из MIT. Корпорация показывает, что этот термин применим лишь к её технологии и к продуктам, созданным на её базе.
Громадная просьба – не применять «уайтрисити» как синоним беспроводной энергопередачи по большому счету.
Изобретатели кроме этого просят не путать WiTricity с энергопередачей при помощи электромагнитных волн: дескать, новый способ — «неизлучающий».
И ещё пара серьёзных «не», указанных создателями. WiTricity — не аналог трансформатора с разведёнными на пара метров обмотками (последний при таких условиях перестаёт трудиться).
Это не улучшенная электрическая зубная щётка: она хоть и может заряжаться без электрического контакта, но всё равняется требует помещения в «док-станцию» для сближения передающей и приёмной индуктивных катушек до расстояния в миллиметр. «Уайтрисити» – немикроволновка, талантливая поджарить живой объект, потому, что пульсирующее магнитное поле, трудящееся в совокупности WiTricity, на человека не воздействует. Наконец,«Беспроводное электричество» – кроме того не «загадочная и страшная» башня Теслы (Wardenclyffe Tower), при помощи которой великий изобретатель собирался показать энергопередачу на громадное расстояние.
Первый опыт по беспроводной передаче энергии способом WiTricity на 60-ваттную лампочку, удалённую на два с лишним метра от источника, его коллеги и Марин провёли в 2007 году. КПД был мал – порядка 40%, но уже тогда изобретатели показывали на ощутимый плюс новинки — безопасность.
Используемое в совокупности поле в 10 тысяч раз не сильный, чем то, что царит в сердцевине магнитно-резонансного томографа. Так что ни живые организмы, ни медицинские имплантаты, ни кардиостимуляторы и другая чувствительная техника для того чтобы рода, ни бытовая электроника ощутить на себе воздействие этого поля не смогут.
Главные авторы WiTricity: Марин Солячич (слева), Аристеидис Каралис (Aristeidis Karalis) и Джон Иоаннополус (John Joannopoulos). Справа: принципиальная схема WiTricity.
Передающая катушка (левая) включена в розетку. Приёмная – соединена с потребителем. Линии магнитного поля первой катушки (светло синий цвет) способны огибать довольно малые проводящие препятствия (а дерево, ткань, стекло, бетон либо человека они и вовсе не подмечают), удачно переправляя энергию (жёлтые линии) к приёмному кольцу (фото MIT/Donna Coveney, иллюстрация WiTricity).
Сейчас же Солячич и его соратники открыли, что на КПД совокупности WiTricity воздействуют не только размер, настройка и геометрия катушек, и расстояние между ними, но и число потребителей. Парадоксально, на первый взгляд, но два приёмных прибора, размещённые на расстоянии от 1,6 до 2,7 метра по обе стороны от передающей «антенны», продемонстрировали на 10% лучший КПД, чем если связь осуществлялась лишь между потребителем и одним источником, как было в прошлых опытах.
Причём улучшение прослеживалось независимо от того, каков был КПД для пар передатчик-приёмник по отдельности. Учёные высказали предположение, что при предстоящем добавлении новых потребителей КПД будет ещё увеличиваться, не смотря на то, что пока не в полной мере светло — как. (Подробности опыта раскрывает статья в Applied Physics Letters.)
Передающая катушка в новом опыте насчитывала площадь в 1 квадратный метр, а приёмные — всего по 0,07 м2 любая. И это также весьма интересно: громоздкость «приёмников» в прошлых опытах ставила под сомнение желание производителей техники снабжать такими совокупностями собственную аппаратуру — чуть ли вам понравился бы самозаряжающийся ноутбук, блок WiTricity которого по размеру сопоставим с самим компьютером.
Слева: 1 – особая схема переводит простой переменный ток в высокочастотный, он питает передающую катушку, создающую осциллирующее магнитное поле. 2 – приёмная катушка в устройстве-потребителе должна быть настроена на ту же частоту.
3 – резонансная связь между катушками превращает магнитное поле обратно в электрический ток, что питает лампочку.Справа: согласно точки зрения авторов совокупности, одна катушка на потолке может снабжать энергией все устройства и приборы в помещении – от нескольких телевизора и светильников до ноутбука и DVD-проигрывателя (иллюстрация WiTricity).
Но основное – эффект улучшения неспециализированного КПД при одновременной работе с несколькими потребителями свидетельствует зелёную улицу для заветной мечты Солячича — дома, заполненного разнообразной техникой, приобретающей питание из невидимых «неизлучающих излучателей», запрятанных в потолках либо стенках помещений.
А возможно, и не только в помещениях, но и в гараже? Само собой разумеется, зарядить электромобиль возможно и простым методом. Но прелесть WiTricity в том, что ничего никуда не требуется подключать а также не забывать об этом — теоретически машину возможно научить самой по прибытию в гараж (либо на автостоянку компании) отправлять «запрос» совокупности и подпитывать аккумулятор от магнитной катушки, уложенной в полу.
Кстати, в некоторых опытах эксперты WiTricity довели мощность передачи до трёх киловатт (а начинали, напомним, с 60-ваттной лампочки). КПД же зависит от целого комплекта параметров, но, как утверждает корпорация, при хватает близких катушках он может быть больше 95%.
Нетрудно додуматься, что перспективный способ передачи электричества на пара метров без необходимости и проводов в прицеливании каких-нибудь «силовых лучей» обязан заинтересовать широкий спектр компаний. Кое-какие уже трудятся в этом направлении самостоятельно.
К примеру, отталкиваясь от правил, обоснованных и испытанных Солячичем и его сотрудниками, Intel сейчас развивает собственную модификацию резонансной передачи электричества — Wireless Resonant Energy Link (WREL). Ещё в 2008 году компания достигла на данном поприще блестящего результата, показав «магнитную» передачу тока с КПД 75%.
Одна из умелых установок Intel WREL, без проводов передающая электропитание (наровне с аудиосигналом) с MP3-плеера на маленькую колонку (фото с сайта gizmodo.com).
Личные испытания, воспроизводящие опыты физиков из Массачусетского технологического, ставит на данный момент и Сони.
Но Солячич уверен, что его инновация не затеряется среди продукции сотрудников-соперников. Так как как раз первооткрыватели разработки больше всех набили с ней шишек и готовы к углублённому её совершенствованию и изучению. Скажем, настройка кроме того пары катушек не так несложна, как думается на поверхностный взор.
Учёный пара лет подряд ставил испытания в лаборатории, перед тем как выстроил совокупность, которая трудится вправду надёжно.
Демонстрационный пример ЖК-экрана, приобретающего электрическое питание через первый прототип бытового комплекта WiTricity. Передающая катушка лежит на полу, приёмная – на столе (фото WiTricity).
«Беспроводное электричество», по словам его авторов, изначально вспоминало как OEM-продукт. Потому в будущем возможно ожидать появления данной разработке в товарах вторых компаний.
И пробный шар в сторону потенциальных потребителей уже запущен. В январе в Лас-Вегасе на выставке CES 2010 китайская компания Haier продемонстрировала первый в мире всецело беспроводной HDTV-телевизор. На его экран по воздуху передавался не только видеосигнал с проигрывателя (для чего использовался официально появившийся практически месяцем раньше стандарт Wireless Home Digital Interface), но и электропитание.
Последнее снабжала как раз разработка WiTricity.
А ещё компания Солячича ведёт переговоры с производителями мебели об установке катушек в стены и столы шкафов. Первое объявление о серийном продукте партнёра WiTricity ожидается к концу 2010 года.
По большому счету же эксперты предвещают появление на рынке настоящих бестселлеров — новых продуктов со встроенным приёмником WiTricity. Причём никто ещё неимеетвозможности с уверенностью сообщить — что это будут за вещи.
Компания Haier есть одним из наибольших в мире производителей бытовой электроники. Неудивительно, что её инженеры заинтересовались возможностью соединить последние достижения науки и техники беспроводной передачи HDTV-беспроводного электропитания и сигнала а также ухитрились первыми продемонстрировать таковой прибор в действии (фотографии engadget.com, gizmodo.com).
Любопытно, что история WiTricity началась пара лет назад с последовательности досадных пробуждений Марина. Пара раз в течение месяца его будил сигнал разряженного телефона, просящего «покушать». Забывавший своевременно подключить мобильник к розетке учёный удивлялся: разве не смешно, что телефон находится в нескольких метрах от электросети, но не в состоянии взять эту энергию.
По окончании очередного пробуждения в три часа ночи Солячич поразмыслил: было бы здорово, в случае если б телефон смог позаботиться о собственной зарядке сам.
Увидим, обращение сходу отправилась не о новом варианте ковриков для зарядки карманных устройств. Такие совокупности трудятся, лишь в случае если устройство положить конкретно на «коврик», а это так как для забывчивых людей никак не лучше, чем необходимость проводок в розетку. Нет, телефон должен был приобретать электричество в любом месте помещения, в противном случае и квартиры, и не имеет значения, кинули ли вы его на столе, диване либо подоконнике.
Тут простая электромагнитная индукция, направленные микроволновые лучи и осмотрительные инфракрасные лазеры — не годились. Марин взялся за поиск вторых вариантов. Чуть ли он тогда имел возможность поразмыслить, что через некое время пищащий и «голодный» телефон приведёт его к созданию собственной компании и появлению разработки, талантливой «делать заголовки» и, что куда серьёзнее, заинтересовать промышленных партнёров.
Добавим, что о правилах, истории и будущем WiTricity некогда достаточно детально поведал исполнительный директор корпорации Эрик Гилер (Eric Giler).
