Elektra be laidų. Naujo belaidžio pasaulio pasaulio link

XIX amžiaus pabaigoje atradimas, kad elektra gali būti naudojama lemputės lemputei sukelti, sukėlė tyrimų, kurių tikslas buvo rasti geriausią elektros perdavimo būdą, sprogimą.

Lenktynių viršūnėje buvo garsioji fizikė ir išradėja Nikola Tesla, sukūrusi grandiozinį projektą. Negalėdama patikėti realybe kurdama kolosalų laidų tinklą, apimantį visus miestus, gatves, pastatus ir kambarius, „Tesla“ padarė išvadą, kad vienintelis įmanomas perdavimo būdas yra belaidis ryšys. Jis suprojektavo maždaug 57 metrų aukščio bokštą, kuris turėjo perduoti energiją daugelio kilometrų atstumu, ir netgi pradėjo jį statyti Long Lidoje. Buvo atlikta daugybė eksperimentų, tačiau pinigų trūkumas neleido baigti bokšto. Idėja perduoti energiją oru buvo išsklaidyta, kai tik paaiškėjo, kad pramonė sugebėjo sukurti ir įdiegti laidinę infrastruktūrą.

O dabar, prieš kelerius metus, Masačusetso technologijos instituto (MIT) Fizikos katedros docentė Marin Soljačić buvo pažadinta iš saldaus sapno atkakliais mobilaus telefono šauksmais. „Telefonas nesustojo, reikalaudamas, kad aš nustatyčiau jį įkrauti“, - sako Soljacic. Pavargęs ir nesiruošiantis keltis, jis pradėjo svajoti, kad telefonas, būdamas namuose, pradeda krautis pats.
„Soljacic“ pradėjo tyrimus, kaip energiją perduoti be laidų. Jis atsisakė ilgo nuotolio energijos perdavimo projektų, tokių kaip „Tesla“ projektas, ir sutelkė dėmesį į trumpo nuotolio energijos perdavimo metodus, kurie leistų įkrauti ar net įjungti nešiojamus įrenginius - mobiliuosius telefonus, PDA, nešiojamuosius kompiuterius.
Iš pradžių jis svarstė galimybę naudoti radijo bangas, kurios perduoda informaciją taip efektyviai per atstumą, tačiau nustatė, kad tokiu atveju didžioji energijos dalis bus išsklaidoma erdvėje. Lazeriui naudoti reikėjo, kad energijos šaltinis ir įkraunamas įtaisas būtų vienas kito matymo lauke, be jokių kliūčių. Be to, šis metodas buvo apgadintas daiktais, pagautais perdavimo linijoje. Todėl „Soljacic“ pradėjo ieškoti perdavimo būdo, kuris būtų ir efektyvus, tai yra, galintis perduoti energiją jos neišsklaidydamas, ir saugus.
Galų gale jis apsigyveno su rezonanso jungimosi reiškiniu, kai du objektai, suderinti tuo pačiu dažniu, intensyviai keičiasi energija vienas su kitu, o silpnai sąveikauja su kitais objektais. Klasikinė šio efekto iliustracija yra patirtis su keliomis taurėmis, užpildytomis vynu, kiekviena skirtingu lygiu nei likusios. Dėl to kiekvienam stiklui yra unikalus garso dažnis, sukeliantis vibraciją. Jei dainininkas atkreipia dėmesį į atitinkamą dažnį, vienas iš akinių gali gauti tokią akustinės energijos dozę, kad sudužs, o likę akiniai liks nepažeisti.
Soljacicas suprato, kad magnetinis rezonansas yra perspektyvus būdas perduoti elektrą. Magnetinis laukas laisvai plinta erdvėje ir tinkamais dažniais yra nekenksmingas gyviesiems daiktams. Dirbdamas kartu su MIT fizikos profesoriais Johnu Joannopoulosu ir Peteriu Fisheriu bei trimis studentais, jis sukūrė paprastą prietaisą, kuris belaidžiu būdu apšvietė 60 vatų lemputę.
Prietaisą sudarė dvi rezonansiniu būdu suderintos varinės ritės, pakabintos nuo lubų maždaug dviejų metrų atstumu. Viena ritė buvo prijungta prie kintamosios srovės šaltinio ir sukūrė magnetinį lauką. Antroji ritė, suderinta tuo pačiu dažniu ir sujungta su lempute, rezonuojanti magnetiniame lauke, sukūrė lemputę uždegančią srovę. Įrenginys veikė net tada, kai tarp ritinių buvo uždėta plona siena.

Pažymėtina, kad montuojant nereikia net tiesioginės matymo linijos tarp imtuvo ir siųstuvo. Kaip eksperimentas tarp jų buvo dedami kartono ir geležies lakštai, tačiau tai neturėjo įtakos srovės tiekimui.
Efektyviausią iš šio momento sukurtų prietaisų sudaro 60 centimetrų varinės ritės ir 10 megahercų magnetinis laukas. Tai leidžia perduoti energiją dviejų metrų atstumu 50 procentų efektyvumu. Siekiant sumažinti ritinių dydį ir padidinti efektyvumą, atliekami tyrimai su sidabru ir kitomis medžiagomis. „Soldacic“ tikisi pasiekti 70–80 procentų perdavimo efektyvumą.

Masačusetso fizikai aiškina, kad įrengimo principas grindžiamas rezonanso mechanizmu, tai yra reiškiniu, sukeliančiu vibraciją objekte, kai jis yra veikiamas tam tikro dažnio energijos. Tačiau kai du objektai turi vienodus rezonanso indeksus, jie gali keistis energija ir jokiu būdu neturėti įtakos aplinkiniams objektams.

Gamtoje yra daugybė rezonanso pavyzdžių. Garsiausias rezonanso pavyzdys yra tada, kai keli identiški stikliniai stiklai yra užpildomi skirtingais kiekiais vandens, jei kiekviena taurė yra sukraunama metaliniu šaukštu, tada kiekviena taurė skleis unikalų garsą.

Vietoj akustinio rezonanso fizikai naudojo elektromagnetinių bangų dažnio rezonansą „WiTricity“. Įrenginyje abi ritės rezonuoja 10 MHz dažnių diapazone ir keičiasi elektra. Kuo ilgesnė elementų sąveika, tuo daugiau srovės patenka į imtuvą. Be to, kuo mažesnis rezonanso diapazonas, tuo daugiau gaunamas ilgo bangos diapazonas ir kuo didesnis atstumas tarp imtuvo ir siųstuvo gali būti.

Kitas svarbus veiksnys yra tas, kad ši sąranka nekenkia žmonių sveikatai, nes ji veikia žemu dažniu, daugiausia magnetiniu spektru.

"Kiek mes žinome, žmogaus organizmai nereaguoja į magnetinę sąveiką. Jei jūsų dažnis būtų pastebimas, pavyzdžiui, 2 GHz, tada gautumėte mikrobangų krosnelės efektą, ir tai būtų buvę visiškai kitoks", - sako viena iš įrenginio kūrėjų Marine Soladzic.

Šiuo metu tiriama daugybė kitų būdų, kaip belaidžiu būdu įkrauti baterijas. Tokie startuoliai kaip „Powercast“, „Fulton Innovation“ ir „WildCharge“ pradėjo pardavinėti adapterius, kurie belaidžiu būdu įkrauna mobiliuosius telefonus, MP3 grotuvus ir kitus prietaisus namuose ar automobilyje. Tačiau „Soljacic“ požiūris skiriasi tuo, kad leidžia automatiškai įkrauti įrenginius, kai tik jie patenka į belaidžio siųstuvo veikimo lauką.
„Soljacic“ grupės darbas patraukė elektroninius prietaisus gaminančių įmonių, taip pat automobilių pramonės, dėmesį. Tyrimą finansavo JAV gynybos departamentas, kuris tikėjosi gauti belaidžio automatinio akumuliatorių įkrovimo technologiją. Tačiau Soldjacicas nenori skleisti informacijos apie galimą savo technologijos pritaikymą pramonėje.
Dabartiniame pasaulyje, kuriame akumuliatorius varomas, yra tiek daug galimų programų, kuriose gali būti naudojama mūsų technologija ", - sako jis.„ Tai labai galingas metodas. "