غرفة معزولة (غرفة) 5 × 5 × 2.3 م بجدران وأرضية وسقف مع طلاء ألومنيوم. تكمل 15 مكثف في العمود المركزي دائرة الرنان شبه الساكنةعلم التقدم المحرز في نقل البيانات اللاسلكية الناس أن يعتقدوا أنه عند دخولهم الشقة ، يتصل الهاتف الذكي على الفور بشبكة WiFi المنزلية. جميع الأجهزة في المنزل بشكل افتراضي تصل إلى الإنترنت عبر WiFi عبر نقطة وصول المنزل. لا أسلاك - جمال. المشكلة الوحيدة هي أن الكهرباء لا تنتقل بنفس الطريقة المناسبة تمامًا ، ولا يزال يتعين توصيل كل جهاز. تعاني الروبوتات والأدوية من نفس المشكلة. من غير الملائم للغاية توصيل الأدوات بالمأخذ في كل مرة.
منذ أكثر من بضع سنوات ، أظهر نيكولا تيسلا كيفية نقل الكهرباء عن بُعد (كما أظهر من قبل ماكسويل ، هيفيسايد وهيرتز من قبله) ، لكن المهندسين لم يتمكنوا بعد من تحقيق هذا الاختراع في تقنية ملائمة للاستخدام العملي بكفاءة عالية بما فيه الكفاية. هناك مشكلة أخرى: من غير المعروف كيف يؤثر النقل اللاسلكي للكهرباء عبر الجسم على مدى فترة طويلة من الزمن على الجسم ، لذلك أدخلت السلطات التنظيمية في العديد من البلدان قيودًا تنظيمية صارمة لهذه التكنولوجيا.
نظرًا للقيود التنظيمية ومشكلات الأمان المحتملة ، يتعين على المهندسين إيجاد حل وسط بين المسافة لنقل الطاقة لاسلكيًا والحد الأقصى من الطاقة التي يمكن نقلها بأمان من خلال جسم الشخص في منطقة سكنية. على سبيل المثال ، يتم استخدام
نقل الطاقة عن طريق الإشعاع (نقل الحرارة الإشعاعي) على نطاق واسع في الاتصالات اللاسلكية ، ولكنه ينقل بأمان فقط بضعة ملي واط ، وهو ما لا يكفي لشحن الأدوات العادية.
لذلك ، بدلاً من نقل الطاقة عن طريق الإشعاع في الأجهزة الكهربائية المنزلية ، من المعتاد استخدام طرق النقل غير الإشعاعي ، مثل
الشحن التعريفي والشحن الرناني . هناك قوى مختلفة تمامًا: يتم إرسال عشرات أو مئات الواط بتوهين سريع جدًا في الفضاء على مسافات صغيرة. يتم ضمان السلامة من خلال نقل الطاقة
من مجال كهربائي يحتمل أن يكون خطرًا إلى مجال مغناطيسي ، مع خسائر كبيرة وكفاءة منخفضة. لكن ظاهرة اقتران الحقول القريبة محدودة للغاية في المسافة. تنخفض كفاءة الإرسال بسرعة إذا
تجاوزت المسافة من جهاز الإرسال إلى مستقبل الطاقة
قطر الملف . بالإضافة إلى ذلك ،
من المستحيل عادة الربط في ملفات مجال واحدة تختلف اختلافًا كبيرًا في القطر .
منذ عام 2014 ، قامت مجموعة من الفيزيائيين بقيادة ماثيو تشابالكو بعدد من التجارب الناجحة على
استخدام الموجات الكهرومغناطيسية الدائمة في المجال البعيد لتوليد مجال كهربائي موحد في تجويف معدني . تتغلب هذه التجارب على قيود التقنيات السابقة.
لاختبار هذه النظرية ، طور ماثيو تشابالكو وزملاؤه في Disney Research طريقة عملية لشحن الأجهزة الكهربائية عن بُعد - وهي طريقة تسمى
رنين التجاويف Quasistatic (QSCR) ، أي "مرنان تجويف شبه مستقر". هذه بالفعل تقنية حقيقية يمكن تطبيقها عمليًا ، إذا سمحت السلطات التنظيمية بذلك.
خلاصة القول هي أن الموجات الكهرومغناطيسية الدائمة في المنطقة البعيدة من الحقل تملأ مساحة الهيكل الرناني بحقول مغناطيسية موحدة ، والتي تسمح باستخدام أجهزة استقبال صغيرة في هذه المناطق - كما هو الحال في الأجهزة المنزلية العادية.
لإنشاء دائرة تذبذبية ، يجب أن يمر تيار الرنين من خلال الجدران والأرضية والسقف من خلال هياكل معدنية مصممة خصيصًا - على سبيل المثال ، صفائح معدنية من الألومنيوم. تم تركيب جهاز بمكثفات في أي مكان في الغرفة ، والذي يكمل دائرة الدائرة التذبذبية (في التجربة ، تم تركيب 15 مكثف عالي Q من 7.3 pF ، مما وفر صدى عند 1.32 ميجاهرتز). ونتيجة لذلك ، تتشكل حقول مغناطيسية موحدة داخل الغرفة. يظهر الرسم التخطيطي المفاهيمي لتجويف تجويف شبه ثابت في الرسم التوضيحي.
تتحلل الحقول المغناطيسية من العمود إلى الجدران بمعامل أقل من 1 / p ، مما يجعل من الممكن استخدام مستقبلات الطاقة مع ملفات في الغرفة بأكملها أصغر بآلاف المرات من حجم مرنان QSCR.
مخطط غرفة (غرفة) معزولة ودائرة تذبذبية في التجربةيسمح لك العمل في مثل هذه الغرفة المغلقة بترجمة الطاقة من مجال مغناطيسي إلى مجال كهربائي بكفاءة أعلى مئات المرات من المساحة المفتوحة. وهذا يعني أن الطاقات الأعلى يمكن أن تنتقل دون خطر على صحة الإنسان ، مع مراعاة القيود التي تضعها السلطات التنظيمية.
كفاءة الإرسال اللاسلكي QSCRفي الواقع ، إذا قمت بتغيير حجم الكاميرا بحيث تتناسب مع حجم الغرفة أو المكتب أو المستودع ، يصبح من الممكن شحن أدوات الهاتف النقال الموجودة داخل الحلقة بكفاءة.
الأجهزة الكهربائية التي تتلقى طاقة لاسلكية داخل الغرفة أثناء التجربةتأثير الإشعاع على الشخص صغير حتى بالقرب من المكثفات في العمود. أظهرت المحاكاة أنه مع بث 1900 واط ، فإن التأثير على جسم الإنسان لن يتجاوز المعايير المحددة للمعامل المحدد لامتصاص الطاقة الكهرومغناطيسية لكل كيلوغرام من الجسم (SAR).
معامل الامتصاص النوعي. ملاحظة: في روسيا ، يعتبر SAR كمعامل للطاقة الممتصة ليس لكل غرام من القماش ، كما هو الحال في الولايات المتحدة وأوروبا ، ولكن لكل سنتيمتر مربعتم إجراء تجربة من قبل علماء الفيزياء في ديزني للأبحاث في غرفة 54 م
3 . في ذلك ، تم نقل الطاقة إلى جهاز الاستقبال في أي مكان تقريبًا في الغرفة بكفاءة تتراوح من 40٪ إلى 95٪.
تم
نشر العمل العلمي في 15 فبراير 2017 في مجلة PLOS One (doi: 10.1371 / journal.pone.0169045).