Con una mossa che un giorno potrebbe liberare i controsoffitti del mondo dal groviglio di cavi di ricarica, i ricercatori dell'Università del Michigan e dell'Università di Tokyo hanno sviluppato un sistema per fornire elettricità via etere in sicurezza, trasformando potenzialmente interi edifici in zone di ricarica wireless.
Dettagliato in un nuovo studio, il la tecnologia può fornire 50 watt di potenza utilizzando campi magnetici.
Alanson Sample, professore di informatica e ingegneria UM, afferma che oltre a sbloccare telefoni e laptop, la tecnologia potrebbe anche alimentare dispositivi medici impiantati e aprire nuove possibilità per la robotica mobile nelle case e negli impianti di produzione. Il team sta anche lavorando all'implementazione del sistema in spazi più piccoli delle dimensioni della stanza, ad esempio una cassetta degli attrezzi che carica gli strumenti posizionati al suo interno.
"Questo aumenta davvero la potenza dell'onnipresente mondo informatico: puoi inserire un computer in qualsiasi cosa senza mai doversi preoccupare di ricaricare o collegare", ha affermato Sample. “Ci sono anche molte applicazioni cliniche; gli impianti cardiaci odierni, ad esempio, richiedono un cavo che va dalla pompa attraverso il corpo a un alimentatore esterno. Questo potrebbe eliminarlo, riducendo il rischio di infezione e migliorando la qualità della vita dei pazienti”.
Il team, guidato da ricercatori dell'Università di Tokyo, ha dimostrato la tecnologia in una sala prove in alluminio appositamente costruita che misura circa 10 piedi per 10 piedi. Alimentavano in modalità wireless lampade, ventilatori e telefoni cellulari che potevano assorbire corrente da qualsiasi punto della stanza, indipendentemente dalla posizione delle persone e dei mobili.
Il sistema rappresenta un importante miglioramento rispetto ai precedenti tentativi di sistemi di ricarica wireless, che utilizzavano radiazioni a microonde potenzialmente dannose o richiedevano il posizionamento di dispositivi su pad di ricarica dedicati, affermano i ricercatori. Invece, utilizza una superficie conduttiva sulle pareti della stanza e un polo conduttivo per generare campi magnetici.
I dispositivi sfruttano il campo magnetico con bobine di filo, che possono essere integrate nell'elettronica come i telefoni cellulari. I ricercatori affermano che il sistema potrebbe essere facilmente ridimensionato a strutture più grandi come fabbriche o magazzini, pur rispettando le linee guida di sicurezza esistenti per l'esposizione ai campi elettromagnetici.
"Qualcosa del genere sarebbe più facile da implementare nelle nuove costruzioni, ma penso che saranno possibili anche i retrofit", ha affermato Takuya Sasatani, ricercatore dell'Università di Tokyo e autore corrispondente dello studio. "Alcuni edifici commerciali, ad esempio, hanno già pali di supporto in metallo e dovrebbe essere possibile spruzzare una superficie conduttiva sulle pareti, forse simile a come vengono realizzati i soffitti strutturati".
Una chiave per far funzionare il sistema, ha detto Sample, è stata la costruzione di una struttura risonante in grado di fornire un campo magnetico delle dimensioni di una stanza confinando i campi elettrici dannosi, che possono riscaldare i tessuti biologici.
La soluzione del team ha utilizzato dispositivi chiamati condensatori concentrati. Collocati nelle cavità delle pareti, generano un campo magnetico che risuona attraverso la stanza, mentre intrappola i campi elettrici all'interno dei condensatori stessi. Ciò supera una limitazione dei precedenti sistemi di alimentazione wireless, che sono limitati a fornire grandi quantità di energia su pochi millimetri o quantità molto piccole di energia su lunghe distanze.
Un secondo ostacolo era come generare un campo magnetico che raggiunge ogni angolo della stanza: i campi magnetici tendono a viaggiare secondo schemi circolari, creando punti morti in una stanza quadrata. Inoltre, i ricevitori devono allinearsi con il campo in un modo specifico per assorbire energia.
"Attingere potenza dall'aria con una bobina è molto simile a catturare le farfalle con una rete", ha detto Sample. “Il trucco è avere quante più farfalle possibile che vorticano nella stanza in quante più direzioni possibili. In questo modo, catturerai le farfalle indipendentemente da dove sia la tua rete o da che parte sia puntata".
Per far sì che ciò accada, il sistema genera due campi magnetici 3D separati. Uno viaggia in cerchio attorno al palo centrale della stanza, mentre l'altro gira vorticosamente negli angoli, viaggiando tra le pareti adiacenti. Questo approccio elimina i punti morti, consentendo ai dispositivi di attingere energia da qualsiasi punto dello spazio.
I test con manichini anatomici hanno mostrato che il sistema potrebbe fornire almeno 50 watt di potenza in qualsiasi punto della stanza senza superare le linee guida FCC per l'esposizione all'energia elettromagnetica. Sample ha affermato che è probabile, tuttavia, che sarà possibile fornire livelli di potenza più elevati con un ulteriore perfezionamento del sistema.
I ricercatori osservano che l'implementazione del sistema in contesti commerciali o residenziali è probabilmente lontana anni. Attualmente stanno lavorando per testare il sistema in un edificio nel campus di UM. Lo implementeranno sia come retrofit che come nuova costruzione in una serie di stanze che utilizzano tecniche di costruzione standard, con una data di completamento fissata per questo autunno.
Il team comprende anche Yoshihiro Kawahara, professore di ingegneria elettrica e sistemi informativi presso l'Università di Tokyo. La ricerca è stata supportata dal Japan Science and Tecnologia Agenzia e la Società giapponese per la promozione della scienza.
ELE Times Bureau
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