Transmisión inalámbrica de hasta 1900 W en una habitación con una eficiencia del 45-95%

Cámara aislada (sala) 5 × 5 × 2.3 m con paredes, piso y techo con revestimiento de aluminio. 15 condensadores en la columna central completan el circuito resonador cuasiestático

El progreso en la transmisión inalámbrica de datos ha enseñado a las personas a pensar que cuando ingresan al apartamento, el teléfono inteligente se conecta de inmediato a la conexión WiFi de su hogar. Todos los dispositivos de la casa acceden de manera predeterminada a Internet a través de WiFi a través del punto de acceso doméstico. Sin cables, belleza. El único problema es que la electricidad no se transmite exactamente de la misma manera conveniente, y cada dispositivo todavía tiene que estar conectado. La robótica y la medicina sufren el mismo problema. Es muy incómodo conectar dispositivos a la toma de corriente cada vez.

Hace más de unos años, Nikola Tesla mostró cómo transmitir electricidad a distancia (y Maxwell, Heaviside y Hertz lo mostraron antes que él), pero los ingenieros aún no han podido realizar esta invención en una tecnología conveniente para uso práctico con una eficiencia suficientemente alta. Existe otro problema: no se sabe cómo la transmisión inalámbrica de electricidad a través del cuerpo durante un largo período de tiempo afecta al cuerpo, por lo que las autoridades reguladoras en muchos países han introducido restricciones regulatorias estrictas para esta tecnología.

Debido a restricciones regulatorias y posibles problemas de seguridad, los ingenieros deben encontrar un compromiso entre la distancia para la transferencia inalámbrica de energía y la cantidad máxima de energía que puede transmitirse de manera segura a través del cuerpo de una persona en un área residencial. Por ejemplo, la transferencia de energía por radiación (transferencia de calor por radiación ) se usa ampliamente en las comunicaciones de radio, pero transfiere de manera segura solo unos pocos milivatios, lo que no es suficiente para cargar dispositivos ordinarios.

Por lo tanto, en lugar de transferir energía por radiación en los electrodomésticos, es habitual utilizar métodos de transferencia sin radiación, como la carga de inducción y la carga resonante . Hay potencias completamente diferentes: se transmiten decenas o cientos de vatios con una atenuación muy rápida en el espacio a distancias pequeñas. La seguridad se garantiza mediante la transferencia de energía de un campo eléctrico potencialmente peligroso a un campo magnético , con grandes pérdidas y baja eficiencia. Pero el fenómeno de acoplamiento de campos cercanos es muy limitado en distancia. La eficiencia de la transmisión cae rápidamente si la distancia del transmisor al receptor de energía excede el diámetro de la bobina . Además, es imposible unirse normalmente en bobinas de un campo que difieren mucho en diámetro .

Desde 2014, un grupo de físicos dirigido por Matthew Chabalko ha llevado a cabo una serie de experimentos exitosos sobre el uso de ondas electromagnéticas estacionarias en el campo lejano para generar un campo eléctrico uniforme en una cavidad metálica . Estos experimentos superan las limitaciones de las tecnologías anteriores.

Para probar esta teoría, Matthew Chabalko y sus colegas de Disney Research han desarrollado un método práctico para cargar dispositivos eléctricos a distancia, un método llamado resonancia de cavidad cuasistática (QSCR) , es decir, un "resonador de cavidad cuasiestática". Esta ya es una tecnología real que puede aplicarse en la práctica, si las autoridades reguladoras lo permiten.

La conclusión es que las ondas electromagnéticas estacionarias en la zona lejana del campo llenan el espacio de la estructura resonante con campos magnéticos uniformes, lo que hace posible el uso de pequeños receptores en estas áreas, como en los electrodomésticos comunes.

Para crear un circuito oscilatorio, la corriente resonante debe pasar a través de las paredes, el piso y el techo a través de estructuras metálicas especialmente diseñadas, por ejemplo, láminas metálicas de aluminio. Se instala un dispositivo con condensadores en cualquier lugar de la habitación, que completa el circuito del circuito oscilatorio (en el experimento, se instalaron 15 condensadores de alta Q de 7.3 pF, que proporcionaron una resonancia a 1.32 MHz). Como resultado, se forman campos magnéticos uniformes dentro de la habitación. En la ilustración se muestra un diagrama conceptual de una cavidad cuasiestática.



Los campos magnéticos se desintegran de la columna a las paredes con un coeficiente de menos de 1 / p, lo que hace posible utilizar receptores de energía con bobinas en toda la sala miles de veces más pequeñas que el tamaño del resonador QSCR.


Esquema de una cámara aislada (sala) y circuito oscilatorio en un experimento

Trabajar en una cámara tan cerrada le permite traducir energía de un campo magnético a un campo eléctrico con una eficiencia cientos de veces mayor que en un espacio abierto. Esto significa que se pueden transmitir energías mucho más altas sin peligro para la salud humana, sujeto a restricciones establecidas por las autoridades reguladoras.


Eficiencia de transmisión inalámbrica QSCR

De hecho, si escala la cámara al tamaño de una habitación, oficina o almacén, es posible cargar eficientemente dispositivos móviles que están dentro del circuito.


Dispositivos eléctricos que reciben energía inalámbrica dentro de la habitación durante un experimento.

El efecto de la radiación en una persona es pequeño incluso cerca de los condensadores en la columna. La simulación mostró que con una emisión de 1900 W, el efecto en el cuerpo humano no excederá los estándares establecidos para el coeficiente específico de absorción de energía electromagnética por kilogramo de cuerpo (SAR).


Coeficiente de absorción específico. Nota: en Rusia, la SAR se considera como un coeficiente de potencia absorbida, no por gramo de tela, como en EE. UU. Y Europa, sino por centímetro cuadrado

Un experimento realizado por físicos de Disney Research se realizó en una sala de 54 m ³ . En él, la energía se transmitía al receptor casi en cualquier lugar de la habitación con una eficiencia del 40% al 95%.



El trabajo científico fue publicado el 15 de febrero de 2017 en la revista PLOS One (doi: 10.1371 / journal.pone.0169045).