/ Siez18 / Pixabay / PDВ 2009 году группа ученых из MIT показала, что возможно передавать энергию на расстояние до двух метров с эффективностью в 45%. Это было достигнуто путем взаимодействия двух медных катушек. Одна катушка подключалась к источнику переменного тока, формирующему в ней магнитное поле. Магнитное поле, доходя до второй катушки (имеющей такую же резонансную частоту), создавало переменный ток, что зажигало лампочку в 60 Вт.
Основываясь на этой и нескольких других работах, команда ученых из Университета ИТМО начала разработку новой системы беспроводной передачи энергии. Медные катушки заменили на диэлектрические керамические резонаторы, в которых магнитное поле возбуждается с меньшими потерями энергии.
Первый прототип системы передавал 1 Вт мощности на расстояние 20–30 см при частоте 2 ГГц. В своей новой работе ученые провели некоторые усовершенствования. Например, были разработаны образцы керамики с большим значением диэлектрической проницаемости. У новых образцов значение этой характеристики равно 1 тыс., что в сто раз превышает показатели обычной керамики и в десять раз – показатели оригинального прототипа.
Этот материал позволил увеличить расстояние передачи энергии, а также перейти на рабочие частоты в сотни мегагерц. Ранее эффективность российского прототипа падала до 50% уже на расстоянии 2 см, теперь она достигает 90% на дистанции до 10 см и снижается только при 16 см. Подробнее о принципах работы системы можно почитать в опубликованном исследовании (ссылка).
«Мы смогли в пять раз увеличить расстояние, на которое можно передавать энергию [по сравнению с первым прототипом], и сделали систему более устойчивой к смещению и повороту резонаторов относительно друг друга. В будущем это даст больше свободы пользователю, — объясняет Полина Капитанова, научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО. — Третье глобальное изменение коснулось дизайна резонаторов. Теперь это два диска. В отличие от ранее использованной нами сферической формы, плоская конфигурация практична и позволяет говорить о применении нашей технологии в более компактных приборах».
Эти последние улучшения позволили разработке Университета ИТМО сравняться по эффективности с зарубежным аналогом — WiTricity. Однако при этом российский прототип более устойчив к изменению взаимной ориентации приемника и источника энергии. Согласно заявлениям ученых, при смещении дисков на расстояние 4–5 см передача энергии не прерывается. «Сигнал» остается стабильным даже при повороте одного диска на угол до 60 градусов.
Будущее проекта
Рынок беспроводной передачи энергии является одним из самых активно развивающихся. Ожидается, что в 2020 году его стоимость достигнет 11 млрд долларов при среднегодовом темпе роста (CAGR) в 23%. Сейчас исследователи прорабатывают различные варианты применения технологии, параллельно работая над уменьшением размеров резонаторов. Их диаметр в 8,5 см мешает использовать наработки в мобильных устройствах, поэтому пока ученые предлагают применять технологию в электромобилях.
«Подобные беспроводные системы могут пригодиться для подзарядки автомобилей, — рассказывает Полина Капитанова. — Резонаторы из микроволновой керамики способны работать на более высоких мощностях, чем если бы они были сделаны из металлов, которые по своей природе быстро нагреваются».
Еще один вариант применения технологии, который рассматривают разработчики, — это создание комбинированных систем. Одна часть системы (керамический диск) будет встраиваться в рабочую поверхность, например кухонный стол, а другая — в электрические приборы, скажем, электрочайник. Это позволит создавать многофункциональные поверхности, способные упростить обращение с техникой. В будущем ученые также планируют создать резонаторы, на работу которых не влияет их взаимное расположение.
P.S. О чем еще мы пишем в нашем блоге:
Комментарии (29)
Punk_UnDeaD
17.04.2017 11:52+14Можно ли считать бензовоз элементом беспроводной системы передачи энергии на расстояние?
bitver
17.04.2017 11:53Ответьте, знающие, пожалуйста. Реальна ли передача большого(ну запитать мотор станка какого-нибудь) количества энергии на малом расстоянии и при этом чтоб дальше этого расстояния не было эффекта?
Грубо говоря, при больших мощах мозги не расплавятся?DrPass
17.04.2017 12:20Чудес не бывает. Энергия при беспроводной передаче не исчезает в одном месте, а появляется в другом. Она излучается передатчиком и собирается приемником. Соответственно, если мы хотим даже беспроводной полуторакиловаттный чайник запитать, то оказываться между чайником и его зарядкой я бы не советовал. Эффект будет такой же, как если вас закрыть во включенной микроволновке.
bitver
17.04.2017 12:34Это очевидно как ясный день, вопрос в другом — что если встать над чайником, при этом зарядка снизу, вот тогда много ли энергии уйдёт в меня минуя чайник?
telhin
17.04.2017 13:13+1Физическая теория дифракции Уфимцева говорит, что при использовании абсолютно черного тела полная рассеянная энергия будет уменьшена всего лишь в 2 раза, а остальное будет переизлучаться (в большинстве) в направлении основного теневого лепестка, то есть за чайник.
Но это справедливо для плоской волны (когда чайник находится в дальней зоне антенны). Для антенны в 15 см и частоты в 2 ГГц, дальняя зона будет начинаться приблизительно с 30 сантиметров.
Таким образом за чайник расположенный на расстоянии 2 метров уйдет +-50% энергии упавшей на поверхность чайника (его приемной антенны) плюс энергия, которая излучена в связи с не идеальностью диаграммы направленности.
bitver
18.04.2017 10:08Я и спросил, представляя школьные опыты со светом когда изучали дифракцию. Спасибо за примерные значения.
vscrub
17.04.2017 13:35Меньше 10%, скорее всего. Но так как высота чайника достаточно большая, то много меньше.
serafims
17.04.2017 12:52-1Вот вместо того, чтобы сделать нормальные разъемы, а не типа говноmicro-usb, придумываются лишние в чем-то сущности, ведь практически для мобильных девайсов это неудобно, терять зарядку, когда его берешь часто гаджет, а все стационарное вполне подключается стационарно… в жилых помещениях это проблема скорее архитектуры, чем задача передачи энергии…
AbstractGaze
17.04.2017 13:35Узко мыслите. В далекой перспективе передача на расстояния не только для мобилок, а например возможность передавать энергию на орбитальную станцию, или станцию на луне. А это может открыть еще кучу возможностей которые сейчас экономически просто не целесообразны.
ornic
17.04.2017 13:29Если при повороте на 60 градусов передача не прерывается, но при этом без поворота передается 90%, то все равно ведь получается, что при повороте КПД падает до нескольких %, да?
frees2
17.04.2017 13:35Кофе готовить-разогревать, только в чашке надо сразу в керамику "запаять" и в тепло преобразовывать. Да и схема преобразователя не представлена. Кстати, резонаторы для смешивания "бульканья" воды уже есть.
RayRom
17.04.2017 13:35-3Тесла давно подобное придумал, новое хорошо забытое (спрятанное) старое…
mammuthus
17.04.2017 14:34Все современные технологии являются результатом развития и совершенствования открытых или изобретенных ранее методов. Опыты Теслы хорошо изучены, документация не является чем-то секретным.
squarry
17.04.2017 13:35А насколько это решение безопасно для пользователя? В смысле, если между передатчиком и приемником окажется человек. Пару месяцев назад читал публикацию американских исследователей, предоставивших технологию питания бытовой техники в комнате «по воздуху» на основе передающей колонны в центре. По их словам таким образом они смогли безопасно для находящихся в комнате передавать порядка киловатта на прибор.
BaRoN
17.04.2017 14:42+1Ну как… Вообще нет никакой гарантии, что если пользователь поместит между приёмником и передатчиком человека, в результате мутации тот не превратится в кровожадного зомби. Да, в конце концов, и просто может покалечить пользователя (или выбить через суд компенсацию) за нанесение вреда своему здоровью.
Так что думаю, размещать между беспроводными приёмником и передатчиком энергии кого-либо (особенно себя) — очень плохая идея.
lonelymyp
Ох, неужели когда-то это наступит?
Тостер, мультиварка, комбайн, мясорубка, чтоб просто достать с полки, поставить на стол и пользоваться, без проводов и розеток.
shevmax
Главное не забыть поставить пароль на передатчик, а то соседи на холяву будут пользоваться.
Deosis
eXtReeM
Мне не нравится будущее, где будут соседи в пределах метра от столешницы)
Pakos
Это настоящее, столешница вплотную к стене, с той стороны на стену может облокотиться сосед и вот он уже ближе метра (формально, ЖБ-стена какой-никакой экран)
hungry_ewok
… и онкологические салоны, как стоматологические на каждому углу, удобно — далеко ходить не надо…
Here_and_Now
Если процедура будет такой же простой как при лечении зубов — не думаю что будут проблемы