Sähkö ilman johtoja. Kohti langattoman sähkön uutta maailmaa

1800-luvun lopulla löytö siitä, että sähköä voitiin käyttää hehkulampun hehkuvaksi, aiheutti räjähdyksen tutkimuksessa, jonka tarkoituksena oli löytää paras tapa sähkön siirtoon.

Kilpailun kärjessä oli kuuluisa fyysikko ja keksijä Nikola Tesla, joka kehitti grandioosin projektin. Koska Tesla ei voinut uskoa todellisuutta luoda kolosiaalinen johtoverkko, joka kattaa kaikki kaupungit, kadut, rakennukset ja huoneet, Tesla päätteli, että ainoa mahdollinen siirtomenetelmä on langaton. Hän suunnitteli noin 57 metrin korkeuden tornin, jonka piti siirtää energiaa monien kilometrien etäisyydeltä, ja jopa alkoi rakentaa sitä Long Islandille. Suoritettiin joukko kokeita, mutta rahan puute ei sallinut tornin valmistumista. Ajatus energian siirtämisestä ilmateitse hajosi heti, kun kävi ilmi, että teollisuus pystyi kehittämään ja toteuttamaan kiinteän infrastruktuurin.

Ja nyt, muutama vuosi sitten, Massachusettsin teknillisen instituutin (MIT) fysiikan laitoksen apulaisprofessori Marin Soljačić herätti suloisesta unesta matkapuhelimen tiukkojen itkujen avulla. "Puhelin ei pysähtynyt, vaatien, että asenin sen lataamaan", Soljacic sanoo. Väsynyt eikä aikeissa nousta, hän alkoi haaveilla, että kotona oleva puhelin alkaa latautua itsestään.
Soljacic aloitti tutkimuksen energian siirtämisestä ilman johtoja. Hän luopui Tesla-projektin kaltaisista pitkän kantaman energiansiirtohankkeista ja keskittyi lyhyen kantaman energiansiirtomenetelmiin, jotka sallivat kannettavien laitteiden - matkapuhelimien, PDA-tietokoneiden, kannettavien - lataamisen tai jopa kytkemisen päälle.
Aluksi hän harkitsi mahdollisuutta käyttää radioaaltoja, jotka välittävät tietoa niin tehokkaasti etäisyydellä, mutta totesi, että tässä tapauksessa suurin osa energiasta häviää avaruudessa. Laserin käyttö edellytti, että energialähde ja ladattava laite ovat toistensa näkökentässä ilman esteitä niiden välillä. Lisäksi tämä menetelmä oli täynnä vaurioita siirtojohtoon kiinnitettyihin esineisiin. Siksi Soljacic alkoi etsiä siirtomenetelmää, joka olisi sekä tehokas, toisin sanoen kykenevä siirtämään energiaa levittämättä sitä ja turvallinen.
Loppujen lopuksi hän asettui resonanssikytkennän ilmiöön, kun kaksi samaan taajuuteen viritetyt esineet vaihtavat intensiivisesti energiaa keskenään, kun taas vain vuorovaikutuksessa heikosti muiden esineiden kanssa. Klassinen esimerkki tästä vaikutuksesta on kokemus useista viiniä täytetyistä laseista, joista kukin on eri tasolla kuin muut. Seurauksena on, että jokaisella lasilla on ainutlaatuinen äänitaajuus, joka aiheuttaa tärinää. Jos laulaja ottaa muistiin sopivan taajuuden, yksi lasista voi saada niin suuren määrän akustista energiaa, että se murenee, kun taas jäljellä olevat lasit pysyvät ehjinä.
Soljacic tajusi, että magneettikuvaus on lupaava tapa siirtää sähköä. Magneettikenttä leviää vapaasti avaruudessa ja oikeilla taajuuksilla on vaaraton eläville esineille. Yhdessä MIT-fysiikan professoreiden John Joannopoulosin ja Peter Fisherin sekä kolmen opiskelijan kanssa hän kehitti yksinkertaisen laitteen, joka valaisee 60 watin lampun langattomasti.
Laite koostui kahdesta resonanssilla viritetyistä kuparikäämistä, jotka ripustettiin katosta noin kahden metrin etäisyydellä. Yksi kela liitettiin vaihtovirtalähteeseen ja muodosti magneettikentän. Toinen kela, joka on viritetty samaan taajuuteen ja kytketty polttimeen, resonoi magneettikentässä, tuotti polttimen sytyttävän virran. Laite toimi myös silloin, kun ohut seinä asetettiin kelojen väliin.

On huomionarvoista, että asennus ei edes edellytä suoraa näköyhteyttä vastaanottimen ja lähettimen välillä. Kokeena pahvi ja rautalevyt asetettiin niiden väliin, mutta tämä ei vaikuttanut virran syöttöön.
Tehokkain tämän hetken luomista laitteista koostuu 60 senttimetrin kuparikäämistä ja magneettikentästä, jonka taajuus on 10 megahertsiä. Sen avulla voit siirtää energiaa kahden metrin etäisyydellä 50 prosentin hyötysuhteella. Tutkimusta tehdään hopealla ja muilla materiaaleilla kelakoon pienentämiseksi ja tehokkuuden lisäämiseksi. Soldacic toivoo saavuttavansa 70-80 prosentin siirtotehokkuuden.

Massachusettsin fyysikot selittävät, että asennuksen periaate perustuu resonanssimekanismiin, eli ilmiöön, joka aiheuttaa värähtelyjä esineessä, kun se altistuu tietyn taajuuden energialle. Kuitenkin, kun kahdella esineellä on yhtä suuret resonanssi-indeksit, ne voivat vaihtaa energiaa, eivätkä millään tavoin vaikuta ympäröiviin esineisiin.

Luonnossa on monia esimerkkejä resonanssista. Kuuluisin esimerkki resonanssista on, kun useat identtiset lasilasit täytetään erilaisilla vesimäärillä, jos jokainen lasi ruiskuu metallisella lusikalla, niin jokainen lasi antaa ainutlaatuisen äänen.

Fyysikot käyttivät akustisen resonanssin sijasta sähkömagneettisten aaltojen taajuusresonanssia WiTricityssä. Asennuksessa molemmat kelat resonoivat taajuusalueella 10 MHz ja vaihtavat sähköä ja mitä pidempi elementtien välinen vuorovaikutus on, sitä enemmän virtaa saapuu vastaanottimeen. Lisäksi mitä pienempi resonanssialue, sitä enemmän pitkän aallonpituusaluetta saadaan tuloksena ja sitä suurempi etäisyys vastaanottimen ja lähettimen välillä voi olla.

Toinen tärkeä tekijä on, että tämä kokoonpano ei aiheuta haittaa ihmisten terveydelle, koska se toimii matalilla taajuuksilla pääasiassa magneettisella spektrillä.

"Sikäli kuin tiedämme, ihmisen organismit eivät reagoi magneettiseen vuorovaikutukseen. Jos taajuutesi olisi havaittavissa, esimerkiksi 2 GHz, saat mikroaaltouunin vaikutuksen, ja se olisi täysin erilainen vaikutus", sanoo yksi asennuksen kehittäjistä, Marine Soladzic.

Parhaillaan tutkitaan useita muita tapoja akkujen lataamiseksi langattomasti. Käynnistysyritykset, kuten Powercast, Fulton Innovation ja WildCharge, ovat alkaneet markkinoida sovittimia, jotka mahdollistavat matkapuhelimien, MP3-soittimien ja muiden laitteiden langattoman lataamisen kotona tai autossa. Mutta Soljacicin lähestymistapa on erilainen siinä, että se sallii laitteiden automaattisen lataamisen heti, kun ne kuuluvat langattoman lähettimen toimintakenttään.
Soljacic-ryhmän työ herätti elektronisia laitteita valmistavien yritysten sekä autoteollisuuden huomion. Tutkimusta rahoitti Yhdysvaltain puolustusministeriö, joka toivoi saavansa langattoman automaattisen akkujen lataustekniikan. Soldjacic ei kuitenkaan halua levittää tekniikansa mahdollista teollista käyttöä.
Nykypäivän akkukäyttöisessä maailmassa on niin paljon potentiaalisia sovelluksia, joissa tekniikkaamme voidaan käyttää ", hän sanoo." Se on erittäin tehokas menetelmä. "