Dans un mouvement qui pourrait un jour libérer les comptoirs du monde de leur grognement de cordons de charge, des chercheurs de l'Université du Michigan et de l'Université de Tokyo ont développé un système pour fournir de l'électricité en toute sécurité par voie aérienne, transformant potentiellement des bâtiments entiers en zones de recharge sans fil.
Détaillé dans une nouvelle étude, le sans souci peut fournir 50 watts de puissance en utilisant des champs magnétiques.
Alanson Sample, professeur d'informatique et d'ingénierie à l'UM, a déclaré qu'en plus de détacher les téléphones et les ordinateurs portables, la technologie pourrait également alimenter des dispositifs médicaux implantés et ouvrir de nouvelles possibilités pour la robotique mobile dans les maisons et les installations de fabrication. L'équipe travaille également à la mise en œuvre du système dans des espaces plus petits que la taille de la pièce, par exemple, une boîte à outils qui charge les outils placés à l'intérieur.
"Cela augmente vraiment la puissance du monde informatique omniprésent - vous pouvez mettre un ordinateur dans n'importe quoi sans jamais avoir à vous soucier de charger ou de brancher", a déclaré Sample. « Il y a aussi beaucoup d'applications cliniques ; les implants cardiaques d'aujourd'hui, par exemple, nécessitent un fil qui relie la pompe à travers le corps à une alimentation électrique externe. Cela pourrait éliminer cela, réduire le risque d'infection et améliorer la qualité de vie des patients.
L'équipe, dirigée par des chercheurs de l'Université de Tokyo, a fait la démonstration de la technologie dans une salle d'essai en aluminium spécialement conçue pour mesurer environ 10 pieds sur 10 pieds. Ils alimentaient sans fil des lampes, des ventilateurs et des téléphones portables qui pouvaient tirer du courant de n'importe où dans la pièce, quel que soit l'emplacement des personnes et des meubles.
Le système est une amélioration majeure par rapport aux tentatives précédentes de systèmes de charge sans fil, qui utilisaient un rayonnement micro-ondes potentiellement nocif ou exigeaient que les appareils soient placés sur des bornes de charge dédiées, selon les chercheurs. Au lieu de cela, il utilise une surface conductrice sur les murs de la pièce et un pôle conducteur pour générer des champs magnétiques.
Les appareils exploitent le champ magnétique avec des bobines de fil, qui peuvent être intégrées dans des appareils électroniques comme les téléphones portables. Les chercheurs affirment que le système pourrait facilement être étendu à des structures plus grandes comme des usines ou des entrepôts tout en respectant les directives de sécurité existantes en matière d'exposition aux champs électromagnétiques.
« Quelque chose comme ça serait plus facile à mettre en œuvre dans les nouvelles constructions, mais je pense que des rénovations seront également possibles », a déclaré Takuya Sasatani, chercheur à l'Université de Tokyo et auteur correspondant de l'étude. "Certains bâtiments commerciaux, par exemple, ont déjà des poteaux de support en métal, et il devrait être possible de pulvériser une surface conductrice sur les murs, peut-être similaire à la façon dont les plafonds texturés sont faits."
Une clé pour faire fonctionner le système, a déclaré Sample, était de construire une structure résonante qui pourrait fournir un champ magnétique de la taille d'une pièce tout en confinant les champs électriques nocifs, qui peuvent chauffer les tissus biologiques.
La solution de l'équipe utilisait des dispositifs appelés condensateurs localisés. Placés dans des cavités murales, ils génèrent un champ magnétique qui résonne à travers la pièce, tout en piégeant les champs électriques à l'intérieur des condensateurs eux-mêmes. Cela surmonte une limitation des systèmes d'alimentation sans fil précédents, qui sont limités à fournir de grandes quantités d'énergie sur quelques millimètres ou de très petites quantités d'énergie sur de longues distances.
Un deuxième obstacle était de savoir comment générer un champ magnétique qui atteint tous les coins de la pièce - les champs magnétiques ont tendance à se déplacer selon des motifs circulaires, créant des points morts dans une pièce carrée. De plus, les récepteurs doivent s'aligner avec le champ d'une manière spécifique pour tirer le pouvoir.
"Pouvoir de la puissance dans l'air avec une bobine, c'est un peu comme attraper des papillons avec un filet", a déclaré Sample. « L'astuce est d'avoir autant de papillons que possible tourbillonnant autour de la pièce dans autant de directions que possible. De cette façon, vous attraperez des papillons, peu importe où se trouve votre filet ou dans quel sens il est pointé.
Pour ce faire, le système génère deux champs magnétiques 3D distincts. L'un se déplace en cercle autour du poteau central de la pièce, tandis que l'autre tourbillonne dans les coins, voyageant entre les murs adjacents. Cette approche élimine les points morts, permettant aux appareils de puiser de l'énergie n'importe où dans l'espace.
Des tests avec des mannequins anatomiques ont montré que le système pouvait fournir au moins 50 watts de puissance à n'importe quel endroit de la pièce sans dépasser les directives de la FCC pour l'exposition à l'énergie électromagnétique. Sample a déclaré qu'il est probable, cependant, qu'il sera possible de fournir des niveaux de puissance plus élevés avec un raffinement supplémentaire du système.
Les chercheurs notent que la mise en œuvre du système dans des environnements commerciaux ou résidentiels est probablement dans des années. Ils travaillent actuellement pour tester le système dans un bâtiment du campus de U-M. Ils le mettront en œuvre à la fois comme une rénovation et une nouvelle construction dans une série de pièces qui utilisent des techniques de construction standard, avec une date d'achèvement fixée pour cet automne.
L'équipe comprend également Yoshihiro Kawahara, professeur de génie électrique et de systèmes d'information à l'Université de Tokyo. La recherche a été soutenue par le Japan Science and Technologie Agence et la Société japonaise pour la promotion de la science.
Bureau du temps ELE
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