WiTricity da Tesla addio fili

Trasferimento di energia senza fili a distanza di due metri
dalla bobina di sinistra alla bobina a destra, dove
alimenta una lampadina 60W.
I membri del team che ha eseguito l'esperimento
ostruiscono la linea diretta di vista tra
le spire; fila: Peter Fisher (a sinistra) e Robert Moffatt
seconda fila: Marin Soljacic; terza fila:
Andre Kurs (a sinistra), John Joannopoulos
e Aristeidis Karalis. PHOTO / ARISTEIDIS KARALIS

Team del MIT dimostra sperimentalmente trasferimento di potenza wireless, potenzialmente utili per l'alimentazione di computer portatili, telefoni cellulari senza fili

Immaginate un futuro in cui il trasferimento di energia senza fili è possibile: telefoni cellulari, robot domestici, lettori mp3, computer portatili e altri dispositivi elettronici portatili in grado di per sé di ricarica senza essere mai collegato, liberandoci da quella finale, cavo di alimentazione onnipresente. Alcuni di questi dispositivi non potrebbero nemmeno bisogno di loro batterie ingombranti per funzionare.

Un team del Dipartimento del MIT di Fisica, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica e Istituto per Soldier Nanotechnologies (ISN) ha dimostrato sperimentalmente un passo importante verso la realizzazione di questa visione del futuro.

I membri del team sono André Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, Prof. Peter Fisher, e il Prof. John Joannopoulos (Francis Wright presidente e direttore di ISN Davis), diretto dal Prof. Marin Soljacic.

Rendendosi conto loro recente previsione teorica, erano in grado di accendere una lampadina da 60W da una fonte di alimentazione sette piedi (più di due metri) di distanza, non vi era alcuna connessione fisica tra la sorgente e l'apparecchio. Il team del MIT si riferisce al suo concetto di "WiTricity" (come in elettricità senza fili). Il lavoro sarà riportato

nel numero di giugno 7 del Science Express, la pubblicazione online della rivista Science.

Bip a tarda notte

La storia inizia una notte tarda a pochi anni fa, con Soljacic (pronunciato Soul-ya-Cheech) in piedi in pigiama, a fissare il suo cellulare sul bancone della cucina. "E 'stata probabilmente la sesta volta quel mese che sono stato svegliato dal mio segnale acustico cellulare per farmi sapere che mi ero dimenticato di ricaricarlo. Mi venne in mente che sarebbe stato così grande, se la cosa si prese cura della propria carica. " Per rendere questo possibile, si dovrebbe avere un modo per trasmettere potenza senza fili, in modo Soljacic iniziato a pensare che i fenomeni fisici potrebbe contribuire a rendere questo desiderio una realtà.

Metodi di radiazioni

Vari metodi di potenza di trasmissione senza fili sono note da secoli. Forse l'esempio più noto è radiazione elettromagnetica, come le onde radio. Mentre tale radiazione è eccellente per la trasmissione wireless dei dati, non è possibile utilizzare per la trasmissione di potenza. Poiché le radiazioni si diffonde in tutte le direzioni, una vasta maggioranza di potere finirebbe per essere sprecato nello spazio libero.

Si può prevedere utilizzando la radiazione elettromagnetica diretto, come i laser, ma questo non è molto pratico e può anche essere pericoloso. Si richiede una linea ininterrotta di vista tra la sorgente e il dispositivo, nonché un meccanismo di inseguimento sofisticato quando il dispositivo è mobile.

La chiave: la risonanza accoppiati magneticamente

Al contrario, WiTricity si basa sull'utilizzo di oggetti risonanti accoppiate. Due oggetti risonanti della stessa frequenza di risonanza tendono a scambiare energia in modo efficiente, mentre interagisce debolmente con oggetti fuori risonanza estranei. Un bambino su un altalena è un buon esempio di questo. Uno swing è un tipo di risonanza meccanica, solo quando il bambino pompe le gambe alla frequenza naturale del battente è lei in grado di impartire energia sostanziale.

Un altro esempio riguarda risonanze acustiche: Immaginate una stanza con 100 bicchieri da vino identici, ognuno riempito con il vino fino ad un livello diverso, in modo che tutti hanno diverse frequenze di risonanza. Se un cantante lirico canta una singola nota sufficientemente forte all'interno della stanza, un bicchiere di frequenza corrispondente potrebbe accumulare energia sufficiente per esplodere anche, pur non influenzando gli altri vetri. In qualsiasi sistema di risonatori accoppiati c'è spesso esiste un cosiddetto regime "fortemente accoppiato" di funzionamento. Se si assicura di operare in regime che in un dato sistema, il trasferimento di energia può essere molto efficiente.

Anche se queste considerazioni sono universali, applicabili a tutti i tipi di risonanze (ad esempio, acustico, meccanico, elettromagnetico, ecc), il team del MIT focalizzata su un tipo particolare: risonatori accoppiati magneticamente. La squadra esplorato un sistema di due risonatori elettromagnetici accoppiati principalmente attraverso i loro campi magnetici, erano in grado di identificare il regime fortemente accoppiato in questo sistema, anche quando la distanza tra di loro è diverse volte più grande rispetto alle dimensioni degli oggetti risonanti. In questo modo, efficiente trasferimento di potenza è stata attivata.

Accoppiamento magnetico è particolarmente adatto per applicazioni quotidiane quanto i materiali più comuni interagiscono solo molto debolmente con campi magnetici, in modo interazioni con oggetti estranei ambientali sono soppresse ancora ulteriormente. "Il fatto che i campi magnetici interagiscono molto debolmente con organismi biologici è importante anche per motivi di sicurezza," Kurs, uno studente laureato in fisica, sottolinea.

Il design studiato è costituito da due bobine di rame, ciascuno un sistema di auto-risonante. Una delle bobine, collegato alla fonte di alimentazione, è l'unità di invio. Invece di irradiare l'ambiente con onde elettromagnetiche, riempie lo spazio circostante con un non-radiativo oscillante campo magnetico a frequenze MHz. Il campo non-radiative media la borsa elettrica con l'altra bobina (l'unità ricevente), che è appositamente progettato per risuonare con il campo. La natura di risonanza del processo garantisce la forte interazione tra l'ente di trasferimento e l'unità ricevente, mentre l'interazione con il resto dell'ambiente è debole.

Moffatt, uno studente del MIT in fisica, spiega: "Il vantaggio fondamentale di utilizzare il campo non-radiative sta nel fatto che la maggior parte della potenza non raccolto dalla bobina ricevente rimane vincolato alla vicinanza dell'unità inviante, invece di essere irradiata nell'ambiente e perso. " Con tale disegno, trasferimento di potenza ha una portata limitata, e la gamma sarebbe più breve per ricevitori di piccole dimensioni.

Ancora, per bobine con laptop, livelli di potenza più che sufficiente per eseguire un laptop possono essere trasferiti su e ingombranti distanze pressoché omnidirezionale ed efficiente, indipendentemente dalla geometria dello spazio circostante, anche quando gli oggetti ambientali ostruiscono completamente la linea- di vista tra le due bobine. Fisher sottolinea: "Finché il portatile è in una camera dotata di una sorgente di tale energia senza fili, che sarebbe responsabile, automaticamente, senza dover essere collegato in In realtà, non sarebbe nemmeno bisogno di una batteria di operare all'interno di tale una camera. " Nel lungo periodo, questo potrebbe ridurre la dipendenza della nostra società a batterie, che sono attualmente pesanti e costosi.

A prima vista, tale trasferimento di potenza ricorda di induzione magnetica relativamente banale, come viene utilizzato nei trasformatori di potenza, che contengono bobine che trasmettono il potere tra loro su distanze molto brevi. Una corrente elettrica che in una bobina invio induce un'altra corrente in una bobina di ricezione. Le due bobine sono molto vicine, ma non si tocchino. Tuttavia, questo comportamento cambia drasticamente quando aumenta la distanza tra le spire. Come Karalis, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica, sottolinea: "Qui è dove la magia del giunto risonante avviene. L'induzione magnetica non risonante solito sarebbe quasi 1 milione di volte meno efficiente in questo particolare sistema."

Vecchia fisica, nuova domanda

WiTricity è radicata in tali leggi conosciute della fisica che fa da chiedersi perché nessuno pensato prima. "In passato, non c'era grande richiesta di un tale sistema, così la gente non ha avuto una forte motivazione a guardare dentro", sottolinea Joannopoulos, aggiungendo: "Nel corso degli ultimi anni, dispositivi elettronici portatili, come computer portatili, telefoni cellulari, iPod e persino robot domestici sono diffuse, ognuno dei quali richiede batterie che devono essere ricaricate spesso. "

Per quanto riguarda cosa riserva il futuro, Soljacic aggiunge, "Una volta, quando mio figlio aveva circa tre anni, abbiamo visitato i suoi nonni casa. Avevano un telefono di 20 anni e mio figlio preso il ricevitore, chiedendo, 'Papà , perché è questo telefono attaccato con una corda al muro? ' Questa è la mentalità di un bambino che cresce in un mondo wireless. Mio migliore risposta è stata: 'E' strano e imbarazzante, non è vero? Spera, saremo sbarazzarsi di alcuni più fili, e anche le batterie, al più presto. ' "

Questo lavoro è stato finanziato dall'Ufficio Army Research (Istituto per Soldier Nanotechnologies), la National Science Foundation (Centro per la Scienza dei Materiali e Ingegneria), e il Dipartimento dell'Energia.

Una versione di questo articolo è apparsa in MIT Tech Talk il 13 Giugno 2007 (download PDF) .