Transmisi nirkabel hingga 1900 W dalam ruangan dengan efisiensi 45-95%

Ruang terisolasi (ruang) 5 × 5 × 2,3 m dengan dinding, lantai, dan langit-langit dengan lapisan aluminium. 15 kapasitor pada kolom pusat menyelesaikan rangkaian resonator kuasi-statis

Kemajuan dalam transmisi data nirkabel telah mengajarkan orang untuk berpikir bahwa ketika mereka memasuki apartemen, smartphone segera terhubung ke WiFi rumah. Semua perangkat di rumah secara default mengakses Internet melalui WiFi melalui jalur akses rumah. Tidak ada kabel - kecantikan. Satu-satunya masalah adalah bahwa listrik tidak ditransmisikan dengan cara yang persis sama nyaman, dan setiap perangkat masih harus ditransfer. Robotika dan kedokteran menderita masalah yang sama. Sangat tidak nyaman untuk menghubungkan gadget ke outlet setiap saat.

Lebih dari beberapa tahun yang lalu, Nikola Tesla menunjukkan cara mentransmisikan listrik di kejauhan (dan Maxwell, Heaviside dan Hertz menunjukkan sebelumnya), tetapi para insinyur masih belum dapat mewujudkan penemuan ini dalam teknologi yang mudah digunakan untuk penggunaan praktis dengan efisiensi yang cukup tinggi. Ada masalah lain: tidak diketahui bagaimana transmisi nirkabel listrik melalui tubuh selama periode waktu yang lama mempengaruhi tubuh, sehingga otoritas regulasi di banyak negara telah memperkenalkan batasan regulasi ketat untuk teknologi ini.

Karena pembatasan peraturan dan potensi masalah keselamatan, insinyur harus menemukan kompromi antara jarak untuk transfer energi nirkabel dan jumlah maksimum energi yang dapat ditransmisikan dengan aman melalui tubuh seseorang di area perumahan. Misalnya, transfer energi melalui radiasi (transfer panas radiasi) banyak digunakan dalam komunikasi radio, tetapi transfer aman hanya beberapa miliwatt, yang tidak cukup untuk mengisi daya gadget biasa.

Oleh karena itu, alih-alih mentransfer energi dengan radiasi pada peralatan listrik rumah tangga, biasanya digunakan metode transfer non-radiasi, seperti pengisian induksi dan pengisian resonansi . Ada kekuatan yang sama sekali berbeda: puluhan atau ratusan watt ditransmisikan dengan atenuasi yang sangat cepat di ruang angkasa pada jarak kecil. Keamanan dipastikan dengan transfer energi dari medan listrik yang berpotensi berbahaya ke medan magnet , dengan kerugian besar dan efisiensi rendah. Tetapi fenomena kopling medan dekat sangat terbatas jaraknya. Efisiensi transmisi turun dengan cepat jika jarak dari pemancar ke penerima energi melebihi diameter kumparan . Selain itu, tidak mungkin untuk secara normal mengikat dalam satu gulungan bidang yang sangat berbeda diameternya .

Sejak 2014, sekelompok fisikawan yang dipimpin oleh Matthew Chabalko telah melakukan sejumlah percobaan yang sukses pada penggunaan gelombang elektromagnetik yang berdiri di medan jauh untuk menghasilkan medan listrik yang seragam di rongga logam . Eksperimen ini mengatasi keterbatasan teknologi sebelumnya.

Untuk menguji teori ini, Matthew Chabalko dan rekan-rekannya di Disney Research telah mengembangkan metode praktis untuk mengisi daya perangkat listrik di kejauhan - metode yang disebut Quasistatic Cavity Resonance (QSCR) , yaitu, "resonator rongga quasistatic". Ini sudah merupakan teknologi nyata yang dapat diterapkan dalam praktik, jika pihak berwenang mengizinkan.

Intinya adalah bahwa gelombang elektromagnetik yang berdiri di zona jauh dari bidang mengisi ruang struktur resonansi dengan medan magnet yang seragam, yang memungkinkan untuk menggunakan penerima kecil di area ini - seperti pada peralatan rumah tangga biasa.

Untuk membuat rangkaian osilasi, arus resonansi harus melewati dinding, lantai dan langit-langit melalui struktur logam yang dirancang khusus - misalnya, lembaran logam aluminium. Perangkat dengan kapasitor dipasang di mana saja di ruangan, yang melengkapi sirkuit sirkuit osilasi (dalam percobaan, 15 kapasitor Q-tinggi 7,3 pF dipasang, yang memberikan resonansi pada 1,32 MHz). Akibatnya, medan magnet seragam terbentuk di dalam ruangan. Diagram konseptual dari rongga quasi-statis ditunjukkan dalam ilustrasi.



Medan magnet meluruh dari kolom ke dinding dengan koefisien kurang dari 1 / p, yang memungkinkan untuk menggunakan penerima energi dengan kumparan di seluruh ruangan ribuan kali lebih kecil dari ukuran resonator QSCR.


Skema ruang terisolasi (ruang) dan sirkuit berosilasi dalam percobaan

Bekerja di ruang tertutup memungkinkan Anda untuk menerjemahkan energi dari medan magnet ke medan listrik dengan efisiensi ratusan kali lebih tinggi daripada di ruang terbuka. Ini berarti bahwa energi yang jauh lebih tinggi dapat ditransmisikan tanpa membahayakan kesehatan manusia, tunduk pada batasan yang ditetapkan oleh pihak berwenang.


Efisiensi Transmisi Nirkabel QSCR

Bahkan, jika Anda mengatur skala kamera ke ukuran ruangan, kantor atau gudang, menjadi mungkin untuk secara efisien mengisi daya perangkat seluler yang ada di dalam loop.


Perangkat listrik yang menerima energi nirkabel di dalam ruangan selama percobaan

Efek radiasi pada seseorang kecil bahkan di dekat kapasitor pada kolom. Simulasi menunjukkan bahwa dengan siaran 1900 W, efek pada tubuh manusia tidak akan melebihi standar yang ditetapkan untuk koefisien spesifik penyerapan energi elektromagnetik per kilogram tubuh (SAR).


Koefisien penyerapan spesifik. Catatan: di Rusia, SAR dianggap sebagai koefisien daya yang diserap bukan per gram kain, seperti di AS dan Eropa, tetapi per sentimeter persegi

Eksperimen oleh fisikawan di Disney Research dilakukan di ruangan seluas 54 m ³ . Di dalamnya, energi ditransmisikan ke penerima hampir di mana saja di ruangan dengan efisiensi 40% hingga 95%.



Karya ilmiah diterbitkan pada 15 Februari 2017 di jurnal PLOS One (doi: 10.1371 / journal.pone.0169045).