Новый метод беспроводной подзарядки обещает порвать невидимые узы

Группа американских учёных во главе с Ярославом Уржумовым вместе с Североамериканским исследовательским институтом «Тойота» продемонстрировала относительно практичную передачу энергии на расстоянии при помощи низкочастотных магнитных полей.

Известным опытам Теслы уже больше века, но до сих пор приличный КПД таким образом удавалось получить только в тех случаях, когда дистанция передачи была сравнимой с размерами передатчика и приёмника. В итоге рекорды сводились к передаче электричества в батареи электромобилей — и то при условии, что энергия «преодолевала расстояние», не превышающее 15 см между асфальтом и днищем авто.

«Мы впервые показали, что эффективность магнитоиндуктивной беспроводной передачи энергии может быть увеличена для дистанций, которые намного больше размера приёмника и передатчика, — говорит Ярослав Уржумов, работающий в Университете Дьюка (США). — Это важно, поскольку, чтобы стать частью повседневной жизни, подобной технологии надо вписаться в габариты сегодняшней карманной мобильной электроники».

Чтобы добиться этого, группа г-на Уржумова создала квадратную суперлинзу, находящуюся между двумя катушками, разнесёнными на некоторое расстояние. Сами суперлинзы выглядели как несколько дюжин гигантских кубиков Рубика, соединённых вместе. И внешние, и внутренние стенки пустых блоков были покрыты спиралевидными медными проводками, внешне напоминая микросхему. Геометрия катушек и их повторяющаяся форма придавали им свойства метаматериала, который взаимодействует с магнитными полями таким образом, что поля передают энергию в узком конусе, где их интенсивность максимальна.

С одной стороны суперзлинз исследователи поместили небольшую медную катушку, по которой пустили переменный ток, создавший магнитное поле. Как и полагается, интенсивность поля падала с квадратом расстояния, что делало его не слишком хорошим средством передачи энергии. «Если ваш электромагнит имеет в диаметре 2,54 см, вы почти ничего не сможете передать с его помощью уже на 7,62 см, — замечает Ярослав. — Вы получите всего примерно 0,1% энергии, которая была доступна на первой катушке». Но когда между ней и катушкой-приёмником были помещены суперлинзы, магнитное поле смогло предать достаточное количество энергии на расстояние примерно в 30 см — то есть в дюжину раз бóльшее, чем размер передатчика.

Г-н Уржумов отдельно подчёркивает: беспроводная передача энергии с помощью метаматериалов уже проводилась в лабораториях Mitsubishi Electric, но лишь на дистанцию, примерно равную размерам передатчика, что сильно усложняет практическое использование такой схемы в реальной жизни.

По мнению исследователя, беспроводная передача энергии с помощью магнитного поля выгодно отличается от стандартной — с помощью электрических полей, что достигается за счёт большей безопасности и потенциальной эффективности. Большинство материалов не слишком-то поглощают магнитные поля, и даже довольно сильные поля (до 3 Тл) вполне безопасны и, более того, утверждены для использования в той же томографии.

Своей ближайшей целью исследователи считают создание миниатюрных систем беспроводной подзарядки мобильной электроники, в которых потери при передаче энергии не так важны, как миниатюрность приёмо-передающего блока. Для этого будут созданы суперлинзы с изменяемыми параметрами, способные фокусировать подпитывающие магнитные поля на изменяемой точке в пространстве: это важно, если пользователь, смартфон которого надо зарядить, ходит по комнате, периодически меняя местоположение.

«Предшествующие коммерческие продукты, такие как PowerMat, не стали решением проблемы именно потому, что привязывали невидимыми узами пользователя к определённой точке, где беспроводная передача работала. Мы же хотим избавиться не только от проводов, но и от этих невидимых уз».

кл