211service.com
En trådlös glödlampa
Forskare vid MIT har visat att det är möjligt att trådlöst driva en 60-watts glödlampa som sitter cirka två meter från en strömkälla. Med hjälp av en anmärkningsvärt enkel installation – i princip bestående av två metallspolar – har de för första gången visat att det är möjligt att effektivt skicka så mycket kraft över ett sådant avstånd. Experimentet banar väg för trådlös laddning av batterier i bärbara datorer, mobiltelefoner och musikspelare, samt att klippa av elektriska sladdar på hushållsapparater, säger Marin Soljačić , professor i fysik vid MIT, som ledde teamet med fysikprofessor John Joannopoulos .
Klippning av sladden: MIT-forskare har visat att det är möjligt att trådlöst driva en 60-watts glödlampa på två meters avstånd. Ovan skapar en spole (bakgrund) ett magnetfält som kan passera genom ett hinder. Förgrundsspolen resonerar med magnetfältets frekvens och plockar upp dess energi för att driva glödlampan.
Forskningen, publicerad i 7 juni upplagan av Science Express (onlinepubliceringen av Vetenskap magazine), är den experimentella demonstrationen av en teori som skisserades i november förra året av MIT-teamet. (Se Ladda batterier utan kablar .) Vi hade starkt förtroende för teorin, säger Soljačić. Och experiment bekräftade verkligen att detta fungerade som förutspått.
Upplägget är enkelt, förklarar Andre Kurs, en doktorand vid MIT och huvudförfattaren till tidningen. Två kopparspiraler, med en diameter på 60 centimeter, är åtskilda från varandra med ett avstånd på cirka två meter. Den ena är ansluten till en strömkälla – effektivt ansluten till en vägg – och den andra är ansluten till en glödlampa som väntar på att slås på. När strömmen från väggen slås på skapar elektricitet från den första metallspolen ett magnetfält runt den spolen. Spolen som är fäst vid glödlampan plockar upp magnetfältet, vilket i sin tur skapar en ström i den andra spolen, vilket sätter på glödlampan.
Denna typ av energiöverföring liknar ett välkänt fenomen som kallas magnetisk induktiv koppling, som används i krafttransformatorer. Men MIT-schemat är något annorlunda eftersom det är baserat på något som kallas resonanskoppling. Transformatorspolar kan bara överföra kraft när de är centimeter ifrån varandra – något längre bort, och magnetfälten påverkar inte varandra på samma sätt. För att MIT-forskarna skulle kunna uppnå räckvidden på två meter, förklarar Soljačić, använde de spolar som resonerar med en frekvens på 10 megahertz. När den elektriska strömmen flyter genom den första spolen producerar den ett magnetfält på 10 megahertz; eftersom den andra spolen resonerar med samma frekvens, kan den plocka upp på fältet, även från relativt långt borta. Om den andra spolen gav resonans vid en annan frekvens, skulle energin från den första spolen ha ignorerats.
Forskarnas tillvägagångssätt, säger Soljačić, gör också energiöverföringen effektiv. Om de skulle avge ström från en antenn på samma sätt som information överförs trådlöst, skulle det mesta av strömmen gå till spillo då den strålar bort i alla riktningar. Med metoden som används för att överföra information skulle det faktiskt vara svårt att skicka tillräckligt med energi för att vara användbar för att driva prylar. Däremot använder forskarna vad som kallas icke-strålningsenergi som är bunden nära spolarna. I denna första demonstration visade de att systemet kan överföra kraft med en effektivitet på 45 procent.
Trådlös kraftöverföring är en idé som är mer än 100 år gammal. På 1890-talet föreslog fysikern och elektroingenjören Nikola Tesla att stråla elektricitet genom luften. Men snart därefter blev kraftkablar det allmänt accepterade sättet att transportera elektricitet över avstånd. Men med den utbredda användningen av små, bärbara enheter med batterier i behov av konstant laddning, vänder sig folks uppmärksamhet åter mot trådlös kraft. Faktiskt startupen Powercast , baserat i Ligonier, PA, har, med ett annat tillvägagångssätt än MIT-teamet, utvecklat ett trådlöst kraftsystem som kan överföra låga watt över ett avstånd på cirka en meter. Till att börja med riktar företaget sig mot enheter med låg strömförbrukning, såsom sensorer, men det hoppas kunna öka till fler strömkrävande prylar i framtiden.
En oro som folk kan ha, säger Sir John Pendry , professor i fysik vid Imperial College i London, är hälsoeffekter. Det kommer att finnas säkerhetsfrågor, verkliga eller inbillade, säger han. När allt kommer omkring måste kraften passera genom rymden i någon form och passera genom alla kroppar som ligger i dess väg. [MIT]-teamet har minimerat detta problem genom att se till att kraften huvudsakligen är i form av ett magnetfält, en form av energi som kroppen är nästan helt okänslig för.
Baserat på beräkningar anser Soljačić att systemet är säkert, även för personer med inopererad medicinsk utrustning, såsom pacemakers. Även om forskarna inte har gjort en detaljerad studie för att testa hur systemet stör pacemakers, säger Soljačić att de inte förväntar sig att det ska interagera starkt med objekt som inte ger resonans vid samma frekvenser som används för att överföra ström.
Vid det här laget har teamet ansökt om ett antal patent och planerar att kommersialisera tekniken, även om forskarna förväntar sig att det kan ta några år innan enheter med sådana trådlösa kraftsystem kommer att nå konsumenterna. Under tiden undersöker teamet olika material och alternativa spolgeometrier för att försöka utöka räckvidden och öka kraften.