Πραγματικότητα η ασύρματη τροφοδοσία

Πηγή: PhysicsWeb, 7 Ιουνίου 2007

Η αταξία από τα ηλεκτρικά καλώδια που επαναφορτίζουν τα lap-top μας, τα κινητά τηλέφωνα και τα PDA θα μπορούσε σύντομα να εξαφανιστεί ολοκληρωτικά -- σύμφωνα τουλάχιστον με μια ομάδα αμερικανών φυσικών, οι οποίοι έκαναν μια επίδειξη για το πως η ηλεκτρική ισχύς μπορεί να διαβιβαστεί χωρίς καλώδια χρησιμοποιώντας μόνο ειδικές κεραίες συντονισμού. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το σύστημα τους για να τροφοδοτήσουν μια λάμπα 60 W, που τοποθετήθηκε δύο μέτρα μακριά από μια ασύρματη συσκευή αποστολής σημάτων, και λένε ότι θα μπορούσε να αυξηθεί η χρήση του στις φορητές συσκευές χωρίς καμιά απώλεια.

Η τροφοδοσία χωρίς καλώδια δεν είναι μια νέα ιδέα - στις αρχές των δεκαετιών του 20ου αιώνα προτού να καθιερωθούν τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, ο σέρβος εφευρέτης Nikola Tesla πρόβλεψε έναν κόσμο με ασύρματη τροφοδοσία ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο υψηλής τάσεως "πηνίων Tesla". Αν και το σχέδιό του δεν έπιασε λόγω των επικίνδυνα μεγάλων  σχετικών ηλεκτρικών πεδίων, οι πρόσφατες προτάσεις της ασύρματης μεταφοράς ισχύος που υιοθετούν την ακτινοβολία από μια συσκευή αποστολής σημάτων, έχουν αρχίσει να αναζωπυρώνουν το ενδιαφέρον των επιστημόνων. Δυστυχώς, αυτοί που έχουν στηριχθεί στις συσκευές αποστολής σημάτων που εκπέμπουν προς όλες τις κατευθύνσεις βλέπουν ότι είναι πάρα πολύ ανεπαρκείς, ενώ εκείνοι που έχουν επιλέξει τις μη κατευθυνόμενες συσκευές (ομοιοκατευθυνόμενες) αποστολής σημάτων βλέπουν ότι δεν είναι πρακτικές για τις περισσότερες εφαρμογές, επειδή χρειάζονται μια καθαρή γραμμή οπτικής επαφής μεταξύ της συσκευής αποστολής σημάτων και του δέκτη.

Πέρυσι, φυσικοί στο Ίδρυμα Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) πρότειναν έναν τρόπο για να αποφύγουν αυτά τα προβλήματα με τη χρησιμοποίηση των μη ακτινοβολούντων 'παροδικών' ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αυτά τα κύματα παράγονται συνήθως επιπρόσθετα με τα γνωστά σε μας κύματα ακτινοβολίας, που χρησιμοποιούνται στις ασύρματες επικοινωνίες, αλλά αποσυντίθεται πολύ γρήγορα καθώς επεκτείνονται από μια κεραία. Ο Marin Soljacic και οι συνάδελφοι του σκέφτηκαν ότι εάν ο δέκτης θα μπορούσε να συντονιστεί με τη συσκευή αποστολής των σημάτων, το παροδικό αυτό πεδίο θα υποκινούσε τη δημιουργία ενός ρεύματος μεταξύ των δύο συσκευών. Κατ' αυτό τον τρόπο, τα αντικείμενα που δεν θα συντονιζόντουσαν μεταξύ τους ούτε θα διέκοπταν το σήμα ούτε θα απορροφούσαν ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας του πεδίου.

Τώρα, η ομάδα του Soljacic που εφηύρε το «WiΤricity» (συμμετέχουν μάλιστα και δύο Έλληνες επιστήμονες, ο Αριστείδης Καραλής και ο Γιάννης Ιωαννόπουλος). έχει βάλει αυτή την ιδέα τους σε εφαρμογή. Χρησιμοποιώντας τη θεωρία τους, έχουν δημιουργήσει ένα ζευγάρι χάλκινων κεραιών σε σχήμα δακτυλίου. Τη μία από αυτές τη συνέδεσαν με ηλεκτρική ενέργεια, ενώ την άλλη που με μία λάμπα 60 W που τοποθετήθηκε δύο μέτρα μακριά. Όταν σύνδεσαν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα στην πρώτη, παρήγαγε ένα μαγνητικό πεδίο που "συντονίστηκε" με τη δεύτερη, προκαλώντας κατά συνέπεια ένα ρεύμα. Αυτό το ρεύμα, όπως ισχυρίζεται η ομάδα του MIT, άναψε τη λάμπα με μια αποδοτικότητα μετάδοσης 40%, ακριβώς όπως προβλέπει η ως θεωρία τους.

Αν και οι κεραίες που δείχθηκαν ήταν σε διάμετρο πάνω από μισό μέτρο, ο Soljacic και οι συνάδελφοι του λένε ότι θα μπορούσαν να γίνουν πιο μικρές για τις φορητές συσκευές χωρίς καμιά θυσία της αποδοτικότητας. Αυτό, επίσης, μπορεί να επιτρέψει το σχεδιασμό ηλεκτρονικών ιατρικών μοσχευμάτων που δεν θα χρειάζονται τη δυσκίνητη καλωδίωση.

Με λίγα λόγια για την ανάπτυξη της τεχνολογίας αυτής, οι ερευνητές στηρίζονται στο φαινόμενο του συντονισμού κατά το οποίο ένα αντικείμενο ταλαντώνεται όταν δεχθεί ενέργεια μιας ορισμένης συχνότητας

Πώς θα μεταδίδεται ασύρματα η ηλεκτρική ενέργεια

1) Ηλεκτρική ενέργεια τροφοδοτεί την κεραία, η οποία κατασκευάζεται από χαλκό
2) Η κεραία συντονίζεται σε μια συχνότητα περίπου 10MHz, παράγοντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα
3) Η ενέργεια από την κεραία μεταδίδεται μέχρι 2m
4) Η ηλεκτρική ενέργεια έρχεται στην κεραία του lap-top, η οποία πρέπει επίσης να συντονίζεται στα 10MHz. Η ενέργεια χρησιμοποιείται για να επαναφορτίσει τη συσκευή
5) Ενέργεια που δεν μεταφέρεται στο lap-top επανέρχεται εκ νέου στην πρώτη κεραία. Άνθρωποι ή άλλα αντικείμενα δεν επηρεάζονται καθώς δεν συντονίζονται στα 10MHz.

Αριθμοί σε διάφορα συστήματα

645 χλμ. καλωδίων απαιτούνται για την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος στη διάσημη Οπερα του Σίδνεϊ.

2.900 χλμ. καλωδίου, που κατανέμονται σε 83.000 κομμάτια, έχει ο ιαπωνικός υπερυπολογιστής «Εξομοιωτής της Γης», που καλύπτει έκταση μεγαλύτερη από τρία γήπεδα του τένις.

10 χλμ. καλωδίων, με 20.000 συνδέσεις, διαθέτει το βάρους 6 τόνων διαστημικό σκάφος Cassini που εξερευνά το σύστημα του Κρόνου.

10 χλμ. καλωδίων χρησιμοποιούνται στην 500 τετραγωνικών μέτρων σκηνή του θεάτρου Badminton.

100 χλμ. καλωδίων χρησιμοποιούνται σε κάθε παράσταση του Lord Of The Dance.

14 χλμ. καλωδίων απαιτούνται κατά μέσο όρο για τη σύνδεση μιας ανεμογεννήτριας με έναν υποσταθμό.

Home