پژوهشگران بر این باورند که در حال حاضر فناوری لازم برای ساخت صفحه‌ای تخت شبیه تلویزیون که در سقف تعبیه شده و بتواند به صورت بیسیم همه دستگاه‌های اتاق را شارژ کند، وجود دارد.
طبق پژوهش‌های جدید، روزی پنل‌های صفحه تخت که شبیه یک تلویزیون هستند خواهند توانست هر دستگاه موجود در خط دید خود را از راه دور شارژ کنند.
در یک مقاله موجود در arXiv، مهندسان نشان دادند که در حال حاضر فناوری ساخت چنین سیستم‌هایی وجود دارد و تنها موضوع طراحی این سیستم است که مدتی زمان می‌برد تا انجام شود.
مت رینولدز، استادیار مهندسی برق و علوم رایانه و مهندسی در دانشگاه واشنگتن که در تألیف و نگارش این مقاله مشارکت داشته می‌گوید: «تقاضای زیادی برای جایگزینی پدهای شارژ سنگین و کابلی دست و پا گیر امروزه که تحرک گوشی‌های هوشمند یا تبلت‌ها را محدود می‌کند، وجود دارد. روش پیشنهادی ما با استفاده از فناوری ال‌سی‌دی، انرژی را به صورت بیسیم به انواع دستگاه‌های هوشمند می‌رساند.»
رینولدز می‌گوید: «راهکار ما توانایی تمرکز مستقیم و ایمن پرتوهای انرژی مایکروویو برای شارژ دستگاه‌های خاص، در حالی که از مواجهه ناخواسته با افراد، حیوانات خانگی و اشیای دیگر جلوگیری می‌کند، است. ما به دنبال جایگزین‌هایی برای کریستال‌های مایع هستیم تا بتواند انرژی را در سطوح بسیار بالاتر و برای فواصل بیشتر انتقال دهد»
این تصویر نشان می‌دهد که یک سیستم انتقال انرژی بیسیم چگونه دستگاه‌های موجود در یک اتاق را شارژ می‌کند
گزینه‌های موجود
برخی از سیستم‌های شارژ بیسیم وجود دارند که برای کمک به انرژی تلفن‌های همراه و تبلت‌ها استفاده می‌شود. این فناوری‌ها تکیه بر پلت‌فرم‌هایی دارند که خود به سیم نیاز دارند و دستگاه‌ها باید در مجاورت ایستگاه شارژ قرار گیرند.
به این دلیل که شارژر موجود با استفاده از رزونانس میدان نزدیک مغناطیسی، انرژی را انتقال می‌دهد، میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان یک سیم پیچ می‌تواند بسیار بزرگ و نزدیک به سیم پیچ باشد و برای القاء یک جریان مشابه در سیم پیچ‌های مجاور مورد استفاده قرار گیرد. میدان‌های مغناطیسی همچنین دارای شارهای اضافی هستند که برای انسان‌هایی که در معرض آن قرار گرفته‌اند امن است و آنها را یک انتخاب مناسب برای انتقال انرژی بیسیم می‌کند.
روش میدان نزدیک مغناطیسی گزینه مناسبی برای انتقال انرژی در مسافت‌های بزرگ نیست. به این دلیل که اتصال بین منبع و گیرنده و در نتیجه انتقال قدرت به سرعت با افزایش فاصله افت می‌کند. سیستم‌های انتقال قدرت بیسیم ارائه شده در این مقاله با فرکانس‌های مایکروویو بسیار بالاتر کار می‌کند و می‌توانند انتقال انرژی در محدوده یک اتاق را به خوبی پوشش دهند.
برای حفظ سطح معقول راندمان انتقال انرژی، سیستم باید در منطقه فرنل (Fresnel zone) کار کند. منطقه فرنل یک منطقه از میدان الکترومغناطیسی است که می‌تواند متمرکز عمل کند و به تراکم انرژی اجازه می‌دهد به سطح مؤثری برای شارژ بسیاری از دستگاه‌ها با راندمان بالا برسد.
دیوید اسمیت، نویسنده ارشد و استاد دانشکده برق و مهندسی کامپیوتر در دانشگاه دوک می‌گوید: «تا زمانی که شما در یک فاصله خاص هستید، می‌توانید آنتن‌هایی برای جمع‌آوری انرژی الکترومغناطیسی و تمرکز آن قرار دهید، شبیه لنز که می‌تواند پرتو نور را متمرکز کند».
«سیستم پیشنهادی ما قادر خواهد بود به طور خودکار و مداوم هر دستگاهی در هر نقطه از اتاق را شارژ کند»
نیاز به هیچ بشقاب ماهواره‌ای نیست
مشکل تا به امروز این بوده که در یک سیستم انتقال انرژی بیسیم نیاز به آنتن‌هایی است تا بر روی هر دستگاه اتاق تمرکز کنند. این می‌تواند برای مثال با یک بشقاب آنتن قابل حمل انجام شود، اما این بشقاب فضای بسیاری را اشغال می‌کند و هیچ کس یک بشقاب ماهواره بزرگ و قابل حمل روی طاقچه نمی‌خواهد».
راهکار دیگر آنتن آرایه فازی با تعداد زیادی آنتن کوچک گروه‌بندی شده است، که هر کدام به طور مستقل قابل تنظیم است. این فناوری نیز موجود است اما هزینه بسیاری دارد و برای استفاده خانگی بسیار پر مصرف است.
راهکارارائه شده در این مقاله تکیه بر «فراماده» دارد. فراماده، مواد ترکیبی متشکل از بسیاری از مواد است که سلول‌های مهندسی شده، خواص و ویژگی‌هایی از خود نشان می‌دهند که در طبیعت یافت نمی‌شود.
اسمیت می‌گوید: «تصور کنید یک جبهه امواج الکترومغناطیسی دارید که از طریق یک سطح صاف ساخته شده از هزاران سلول کوچک الکتریکی ساخته شده است. اگر شما هر سلول را تنظیم کنید تا در جهتی خاص حرکت کند، می‌توانید دقیقاً آنچه را که از میدان مغناطیسی می‌خواهید به آن دیکته کنید.»
اسمیت و آزمایشگاهش با استفاده از این اصل نخستین دستگاهی که امواج الکترومغناطیسی را به طرف یک شی هدایت می‌کند، ساختند. چند سال پیش، Nathan Kundtz، دانشجوی کارشناسی ارشد سابق و فوق دکترا از گروه اسمیت، رهبری گروه فکری علوم ابتکاری (ISF) را که فناوری فرامواد برای ارتباطات ماهواره‌ای را توسعه می‌داد بر عهده داشت. این گروه شرکت Kymeta را بنیان نهاد که در زمینه ساخت آنتن‌های تخت و قدرتمند فعالیت می‌کند و به زودی می‌تواند جایگزین آنتن‌های ماهواره‌ای گردان غول پیکر شود. سه شرکت دیگر، Evolv، Echodyne و Pivotal نیز با استفاده از نسخه‌های گوناگون فرامواد برای تصویربرداری، رادار و ارتباطات بیسیم تأسیس شده‌اند.
گام‌های لازم
در این مقاله، گروه تحقیقاتی از طریق محاسبات، آنچه که یک سیستم انرژی بیسیم مبتنی بر فرامواد قادر به انجام آن است را نشان دادند. با توجه به نتایج، یک دستگاه فراماده تخت که بزرگتر از یک تلویزیون صفحه تخت معمولی نیست، می‌تواند پرتوهای انرژی مایکروویو را به یک نقطه به اندازه یک تلفن همراه در فاصله ده متری متمرکز کند. همچنین قادر به تأمین انرژی بیش از یک دستگاه به طور همزمان است.
البته چالش‌هایی در مهندسی چنین سیستم انتقال انرژی بیسیمی وجود دارد. نیاز است تا یک منبع انرژی الکترومغناطیسی قدرتمند، کم هزینه و بسیار کارآمد توسعه یابد و اگر یک فرد و یا یک حیوان خانگی وارد پرتو الکترومغناطیسی متمرکز شد، سیستم باید به طور خودکار خاموش شود. و نرم افزار و کنترل‌های لنز فراماده باید بهینه باشند تا پرتوهای قدرتمند متمرکز باشند و هر پرتوی ثانویه و ناخواسته‌ای سرکوب شود.
پژوهشگران معتقدند چنین فناوری وجود دارد. اسمیت می‌گوید: «امکان غلبه بر همه این مسائل وجود دارد. من فکر می‌کنم ساخت یک سیستم شبیه به این که می‌تواند در سقف تعبیه شده و به صورت بیسیم همه دستگاه‌های اتاق را شارژ کند، یک طرح امکان‌پذیر است».
منبع: futurity.org
