В России разработали высокоэффективную систему беспроводной передачи энергии
Российские учёные разработали высокоэффективную систему беспроводной передачи энергии (wireless power transfer, или WPT). С её помощью можно создавать помещения, где мобильные телефоны и планшеты будут заряжаться автоматически, "от воздуха".
Ещё в начале XX века Никола Тесла впервые испытал возможности беспроводной передачи электроэнергии, но до недавнего времени технологию практически не использовали и не совершенствовали.
В 2007 году команда учёных Массачусетского технологического института (MIT) вновь испытала технологию WPT: они включили 60-ваттную лампочку с расстояния двух метров. Эффективность передачи энергии составила 45 процентов.
Позднее методику неоднократно пытались переосмыслить и улучшить, в частности повысить эффективность доставки энергии "по воздуху".
Опираясь на те же принципы, команда российских исследователей во главе с Полиной Капитановой из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики и Елизаветой Ненашевой из научно-исследовательского института "Гириконд" создали улучшенную систему беспроводной передачи энергии на основе резонансной связи. Эффективность такого метода, согласно данным числового моделирования, составляет 80 процентов на расстоянии 20 сантиметров, и незначительно падает с увеличением расстояния.
Поясним общий принцип работы такой системы. Первая медная катушка передаёт энергию второй катушке, работающей с ней на одной резонансной частоте, подобно тому, как оперный певец своим голосом может передать достаточно энергии, чтобы разбить стеклянный бокал (резонансная частота голоса совпадает с частотой, разрушающей сосуд).
Обычно для передачи энергии используются магнитные поля, так как они слабо взаимодействуют с большинством окружающих объектов, в том числе с человеческим телом.
Российские исследователи немного изменили первоначально разработанную систему. Так, вместо обыкновенных магнитных катушек используются особые диэлектрические резонаторы в виде керамических сфер с высокой диэлектрической проницаемостью. Такие керамические сферы позволяют снизить потери энергии при передаче, а значит, увеличить эффективность.
Кроме того, у материала, из которого выполнены сферы, высокий показатель преломления, а значит, в сферах электромагнитные волны сильно замедляются. Такая особенность помогает усилить магнитный резонанс и, как следствие, дополнительно увеличить эффективность передачи энергии.
Ещё одно новшество для уменьшения потерь и повышения эффективности: переход на резонансную частоту более высокого порядка. "Мы предлагаем использовать магнитный квадрупольный метод, а не магнитный дипольный метод", — говорит Капитанова в интервью сайту phys.org. Они отличаются формой и силой создаваемого магнитного поля.
Отмечается, что в этом случае передатчик и приёмник не нужно точно выравнивать относительно друг друга для лучшей передачи энергии.
Добавим, что другие объекты, которые будут находиться в "комнате подзарядки", имеют совсем другие резонансные частоты, благодаря чему они не смогут принимать передаваемую энергию. Соответственно, такая универсальная зарядка будет безопасна для окружающих предметов.
В будущем для практического пользования российские учёные планируют уменьшить размеры резонаторов. "Сейчас мы работаем над созданием и экспериментальным исследованием образца следующей версии системы WPT. Мы разработали новые керамические резонаторы с более высокой диэлектрической проницаемостью. Мы считаем, что этот прототип будет очень близок к практическому применению", — добавляет Капитонова.
Подробно об исследование рассказывает статья в научном журнале Applied Physics Letters.
Отметим, что учёные давно пытаются усовершенствовать процесс зарядки мобильного телефона, без которого не обходится ни один современный человек. Так, китайские разработчики создали устройство, заряжающие смартфон светом.
