In een beweging die op een dag 's werelds werkbladen zou kunnen bevrijden van hun wirwar van oplaadsnoeren, hebben onderzoekers van de Universiteit van Michigan en de Universiteit van Tokio een systeem ontwikkeld om veilig elektriciteit via de ether te leveren, waardoor mogelijk hele gebouwen in draadloze oplaadzones worden veranderd.
Gedetailleerd in een nieuwe studie, de technologie kan 50 watt vermogen leveren met behulp van magnetische velden.
Alanson Sample, hoogleraar computerwetenschappen en techniek aan de UM, zegt dat de technologie niet alleen telefoons en laptops losmaakt, maar ook geïmplanteerde medische apparaten van stroom kan voorzien en nieuwe mogelijkheden biedt voor mobiele robotica in huizen en productiefaciliteiten. Het team werkt ook aan de implementatie van het systeem in ruimtes die kleiner zijn dan de grootte van een kamer, bijvoorbeeld een gereedschapskist die gereedschappen oplaadt die erin zijn geplaatst.
"Dit verhoogt echt de kracht van de alomtegenwoordige computerwereld - je zou een computer in alles kunnen plaatsen zonder je ooit zorgen te hoeven maken over opladen of aansluiten," zei Sample. “Er zijn ook veel klinische toepassingen; de hartimplantaten van tegenwoordig hebben bijvoorbeeld een draad nodig die van de pomp door het lichaam naar een externe voeding loopt. Dit zou dat kunnen elimineren, het risico op infectie verminderen en de kwaliteit van leven van patiënten verbeteren."
Het team, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Tokio, demonstreerde de technologie in een speciaal gebouwde aluminium testruimte van ongeveer 10 bij 10 voet. Ze voedden draadloos lampen, ventilatoren en mobiele telefoons die overal in de kamer stroom konden trekken, ongeacht de plaatsing van mensen en meubels.
Het systeem is een grote verbetering ten opzichte van eerdere pogingen tot draadloze oplaadsystemen, die potentieel schadelijke microgolfstraling gebruikten of vereiste apparaten die op speciale oplaadpads moesten worden geplaatst, aldus de onderzoekers. In plaats daarvan gebruikt het een geleidend oppervlak op kamermuren en een geleidende pool om magnetische velden te genereren.
Apparaten gebruiken het magnetische veld met draadspoelen, die kunnen worden geïntegreerd in elektronica zoals mobiele telefoons. De onderzoekers zeggen dat het systeem gemakkelijk kan worden opgeschaald naar grotere structuren zoals fabrieken of magazijnen, terwijl het nog steeds voldoet aan de bestaande veiligheidsrichtlijnen voor blootstelling aan elektromagnetische velden.
"Zoiets zou het gemakkelijkst te implementeren zijn in nieuwbouw, maar ik denk dat retrofits ook mogelijk zijn", zegt Takuya Sasatani, een onderzoeker aan de Universiteit van Tokio en de corresponderende auteur van het onderzoek. "Sommige commerciële gebouwen hebben bijvoorbeeld al metalen steunpalen en het zou mogelijk moeten zijn om een geleidend oppervlak op muren te spuiten, misschien vergelijkbaar met hoe getextureerde plafonds worden gedaan."
Een sleutel om het systeem te laten werken, zei Sample, was het bouwen van een resonerende structuur die een magnetisch veld ter grootte van een kamer zou kunnen leveren en tegelijkertijd schadelijke elektrische velden, die biologische weefsels kunnen verwarmen, opsluit.
De oplossing van het team maakte gebruik van apparaten die gebundelde condensatoren worden genoemd. Geplaatst in holtes in de muur, genereren ze een magnetisch veld dat door de kamer resoneert, terwijl ze elektrische velden in de condensatoren zelf opsluiten. Dit overwint een beperking van eerdere draadloze voedingssystemen, die beperkt zijn tot het leveren van grote hoeveelheden stroom over een paar millimeter of zeer kleine hoeveelheden stroom over lange afstanden.
Een tweede hindernis was het genereren van een magnetisch veld dat elke hoek van de kamer bereikt - magnetische velden hebben de neiging om in cirkelvormige patronen te reizen en dode hoeken te creëren in een vierkante kamer. Bovendien moeten ontvangers op een specifieke manier worden uitgelijnd met het veld om stroom te trekken.
"Het tekenen van macht over de lucht met een spoel lijkt veel op het vangen van vlinders met een net," zei Sample. “De truc is om zoveel mogelijk vlinders in zoveel mogelijk richtingen door de kamer te laten dwarrelen. Op die manier vang je vlinders, waar je net ook is of in welke richting het ook wijst.”
Om dat mogelijk te maken, genereert het systeem twee afzonderlijke, 3D-magnetische velden. De ene reist in een cirkel rond de centrale paal van de kamer, terwijl de andere in de hoeken wervelt en tussen aangrenzende muren reist. Deze aanpak elimineert dode hoeken, waardoor apparaten overal in de ruimte stroom kunnen putten.
Tests met anatomische dummies toonden aan dat het systeem ten minste 50 watt vermogen kon leveren aan elke locatie in de kamer zonder de FCC-richtlijnen voor blootstelling aan elektromagnetische energie te overschrijden. Sample zei echter dat het waarschijnlijk is dat het mogelijk zal zijn om hogere niveaus van vermogen te leveren met verdere verfijning van het systeem.
De onderzoekers merken op dat implementatie van het systeem in commerciële of residentiële omgevingen waarschijnlijk nog jaren duurt. Ze zijn momenteel bezig om het systeem te testen in een gebouw op de campus van U-M. Ze zullen het zowel als renovatie als nieuwbouw implementeren in een reeks kamers die standaard bouwtechnieken gebruiken, met een voltooiingsdatum voor dit najaar.
Het team omvat ook Yoshihiro Kawahara, hoogleraar elektrotechniek en informatiesystemen aan de Universiteit van Tokio. Het onderzoek werd ondersteund door de Japan Science and Technologie Agentschap en de Japan Society for the Promotion of Science.
ELE Timesbureau
ELE Times biedt een uitgebreide wereldwijde dekking van elektronica, technologie en de markt. Naast het verstrekken van diepgaande artikelen, trekt ELE Times de grootste, gekwalificeerde en zeer betrokken doelgroepen in de branche aan, die onze actuele, relevante inhoud en populaire formaten waarderen. ELE Times helpt u bekendheid op te bouwen, verkeer te genereren, uw aanbod aan het juiste publiek te communiceren, leads te genereren en uw producten beter te verkopen.
-
ELE Timesbureauhttps://www.eletimes.com/author/adminAnalog Devices voltooit overname van Maxim Integrated
-
ELE Timesbureauhttps://www.eletimes.com/author/adminBoost voor 'Atmanirbhar Bharat' ter verdediging
-
ELE Timesbureauhttps://www.eletimes.com/author/adminOnderzoekers maken oplaadbare batterijen die zes keer meer lading opslaan
-
ELE Timesbureauhttps://www.eletimes.com/author/adminRekbare, door zweet aangedreven batterij ontwikkeld voor draagbare technologie