Прогресс сделан группой исследователей из инженерной школы Пратта при Дьюке, которые использовали метаматериалы для создания «суперлинзы», фокусирующей магнитные поля. Суперлинза переводит магнитное поле, исходящее от одной силовой катушки, на ее двойник на расстоянии почти 30 см, вызывая электрический ток в приемной катушке.
Эксперимент был первым, когда такая схема успешно и безопасно передавала энергию по воздуху с эффективностью, во много раз превышающей то, что можно было бы достичь с той же установкой без суперлинзы.
Результаты, являющиеся результатом партнерства с Североамериканским научно-исследовательским институтом Toyota, появятся в январе в журнале Scientific Reports (Nature Publishing Group). 10.
«Мы впервые продемонстрировали, что эффективность магнитоиндуктивной беспроводной передачи энергии может быть увеличена на расстояниях, во много раз превышающих размер приемника и передатчика», – сказал Ярослав Уржумов, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Duke. Университет. "Это важно, потому что для того, чтобы эта технология стала частью повседневной жизни, она должна соответствовать размерам современной карманной мобильной электроники."
В эксперименте Ярослав и совместная команда Duke-Toyota создали квадратную суперлинзу, которая выглядит как несколько десятков гигантских кубиков Рубика, сложенных вместе. Как внешние, так и внутренние стенки полых блоков замысловато протравлены спиральной медной проволокой, напоминающей микрочип. Геометрия катушек и их повторяющийся характер образуют метаматериал, который взаимодействует с магнитными полями таким образом, что поля передаются и ограничиваются узким конусом, в котором интенсивность мощности намного выше.
На одной стороне суперлинзы исследователи поместили небольшую медную катушку, через которую проходит переменный электрический ток, который создает магнитное поле вокруг катушки.
Это поле, однако, очень быстро падает по интенсивности и эффективности передачи мощности по мере удаления от него.
«Если ваш электромагнит имеет диаметр в один дюйм, вы почти не получаете энергии всего в трех дюймах от него», – сказал Уржумов. "Вы получите только около 0.1 процент того, что находится внутри катушки.«Но с установленной суперлинзой, – пояснил он, – магнитное поле сфокусировано почти на расстоянии фута с достаточной силой, чтобы вызвать заметный электрический ток в приемной катушке такого же размера.
Уржумов отметил, что демонстрация беспроводной мощности с использованием метаматериалов проводилась ранее в исследовательской лаборатории Mitsubishi Electric, но с одной важной оговоркой: расстояние, на котором передавалась мощность, было примерно таким же, как диаметр силовых катушек.
В такой установке катушки должны быть довольно большими, чтобы работать на любом значительном расстоянии.
«На самом деле легко увеличить расстояние передачи мощности, просто увеличив размер катушек», – пояснил Уржумов. "Это быстро становится непрактичным из-за нехватки места в любом реалистичном сценарии. Мы хотим иметь возможность использовать малоразмерные источники и / или приемники, и это то, что нам позволяет суперлинза."
Еще один тривиальный способ увеличить мощность беспроводного приемника – это, конечно, просто увеличить мощность.
Хотя это до некоторой степени практично, при достаточно высокой мощности поля начнут пытаться сорвать часы с вашего запястья. Однако, несмотря на это ограничение, Уржумов сказал, что магнитные поля имеют явные преимущества перед использованием электрических полей для беспроводной передачи энергии.
«Большинство материалов не очень сильно поглощают магнитные поля, что делает их намного безопаснее, чем электрические поля», – сказал он. «Фактически, FCC одобряет использование магнитных полей 3 Тесла для медицинской визуализации, которые абсолютно огромны по сравнению с тем, что нам может понадобиться для питания бытовой электроники. Технология разрабатывается с учетом этой повышенной безопасности."
В дальнейшем Уржумов хочет радикально модернизировать систему, чтобы сделать ее более подходящей для реалистичных сценариев передачи энергии, таких как зарядка мобильных устройств, когда они перемещаются по комнате.
Он планирует построить динамически настраиваемую суперлинзу, которая сможет управлять направлением сфокусированного силового конуса.
«Истинная функциональность, которую потребители хотят и ожидают от полезной беспроводной системы питания, – это возможность заряжать устройство, где бы оно ни находилось, а не просто заряжать его без кабеля», – сказал Уржумов. «Предыдущие коммерческие продукты, такие как PowerMat ™, не стали стандартным решением именно по этой причине; они привязывают пользователя к определенной области или региону, где работает передача, что, по сути, накладывает невидимые строки на устройство и, следовательно, на пользователя. Мы хотим избавиться от этих струн, а не только от проводов."
В случае успеха необходимо существенно расширить полезный объем «горячих точек». Однако может быть нелегко поддерживать эффективность силового луча, поскольку он сильно поворачивается.
Но это проблема, которую Уржумов и его коллеги с нетерпением ждут.