IoT – оформившийся тренд наших дней, объединяет в единой сети множество подключенных беспроводных устройств – интеллектуальных датчиков, IP-камер, динамиков и пр. Количество точек раздачи электроэнергии, необходимых для систематической подзарядки этой массы умной электроники может исчисляться многими десятками, а кабелей – сотнями метров. Добавьте сюда же необходимость вынужденного и постоянного контроля уровня заряда. Израильский стартап Wi-Charge предложил систему автоматической беспроводной зарядки совместимых домашних, офисных или промышленных устройств в режиме 24/7/365.
Вполне вероятно, что перспективность разработки стимулирует производителей широкого спектра техники, нуждающихся в беспроводной зарядке в доукомплектации девайсов и оборудования встроенными приемниками, поддерживающими технологию Wi-Charge. В качестве временной альтернативы разработчики предлагают использовать в качестве приемных устройств отдельные внешние блоки, коммутируемые с заряжаемыми устройствами удобным способом. В перспективе, и в соответствии с конечной целью команды разработчиков, зарядка устройств будет проходить полностью автоматически и незаметно для пользователей “умной инфраструктуры”, а приемник сигнала встроен в заряжаемое устройство на аппаратном уровне.
Все существующие беспроводные технологии питания сегодня, так или иначе, относятся к одной из двух категорий: зарядка на уровне ближнего или же на уровне дальнего поля. В первом случае используется метод магнитной индукции. Базовая станция состоит из индукционной катушки, создающей электромагнитное поле при поступлении переменного тока. В устройстве, которое необходимо заряжать, находится приемная катушка, которая конвертирует энергию магнитного поля в постоянный ток, заряжающий аккумулятор.
Технологии зарядки на уровне дальнего поля пока все еще находятся в зачаточном состоянии, хотя такие стартапы, как uBeam и Energous вселяют надежду на изменение ситуации в будущем. В подавляющем большинстве случаев камнем преткновения становятся недостаточное расстояние или малая вырабатываемая мощность. Основатели проекта уверены, что технология Wi-Charge принципиально отличается от ранее предложенных идей и снимает многие ограничения, поскольку будет способна обеспечить высокоэффективную зарядку мобильных устройств и элементов IoT на расстоянии до 50м и более.
“Wi-Charge — единственная “дальнобойная” система беспроводной зарядки, позволяющая эффективно и в автоматическом режиме зарядить ваш мобильный телефон, устройства умного дома, и носимую электронику. Использовать и установить систему Wi-Charge так же просто, как заменить лампочку, она настолько же эффективна, как и обычная розетка. Любое устройство, размещенное в радиусе действия передатчика Wi-Charge будет заряжаться автоматически и непрерывно, даже тогда, когда вы их используете. Мы делаем мобильные устройства по-настоящему мобильными, 24/7” – говориться на сайте проекта.
Ортал Алперт (Ortal Alpert), главный разработчик Wi-Charge, осмысливал концепцию в течение долгих лет. Используя колоссальный опыт оптического инженера он сумел предложить инновационную технологию беспроводной зарядки с использованием энергии света в инфракрасной части спектра. О первых результатах работы над проектом Wi-Charge было заявлено еще в декабре 2013 года. Но на тот момент речь шла о первых достаточно сырых прототипах с ограниченным радиусом действия. В основу усовершенствованной технологии были положены две запатентованные несколько позже идеи.
Как это работает
Как мы уже упомянули, для зарядки при помощи Wi-Charge будет применяться невидимое для пользователей инфракрасное излучение. Специальный инфракрасный трансмиттер крепится на потолке. Направленные лучи инфракрасного лазера могут улавливаться фотогальваническими элементами, вырабатывающими электричество на значительном расстоянии.
Предложенные ранее технологии беспроводной зарядки посредством лазера в космическом лифте НАСА и БЛА оказались нежизнеспособными в городских условиях в силу ряда причин:
1. Небезопасности. Луч должен быть точно направлен на удаленный приемник, что влечет за собой существенное удорожание и усложнение схемы на фоне растущей небезопасности. Согласно принципам, использованным в технологии Wi-Charge, генерируется специальный тип луча, который, эффективно заряжая удаленное устройство не требует выполнения вышестоящего условия.
На рисунке выше изображены стандартные блоки (зеркало – усилитель — зеркало) структурной схемы лазерного резонатора, но расположенные специальным образом. Используются зеркала-светоотражатели, позволяющие направить излучение обратно к источнику и далее усилить его. Благодаря таким особенностям схемы два зеркала, расположенные в прямой видимости друг от друга образуют резонатор. Первое зеркало + среда усиления “А“ принимается в качестве передатчика, а комбинация второго зеркала с фотоэлектрической ячейкой – в качестве приемника.
Достоинства технологии
«Дальнобойность» — преимущество использования света с короткой длиной волны позволяет осуществлять беспроводную зарядку на сравнительно больших расстояниях. Свет в отсутствии препятствий способен перемещаться на большие расстояния с минимальным отклонением и легко добирается до удаленных устройств.
Большой радиус действия
Передатчик и приемник находят друг друга без необходимости принятия дополнительных технических мер и организации отслеживания. Пользовательский опыт в данном случае аналогичен Wi-Fi – зарядка будет происходить в помещении, где будет расположен Wi-Charge. Для зарядки (в случае интеграции приемника на уровне схемы заряжаемого устройства) никаких специальных действий от пользователя не потребуется, в отличие от существующих способов подключения, где от пользователя потребуется ряд действий.
Безопасность решения
Технология является искробезопасной. Луч, обеспечивающий зарядку приемника не в состоянии причинить вреда технике, человеку или животным. Никакого дополнительного программного обеспечения и осложняющих принцип реализации процесса зарядки схемотехнических решений технология не предполагает, что исключает вероятность провоцирования опасной ситуации в перспективе вследствие сбоев. В момент пересечения траектории луча, следующего от приемника к источнику эффект пропадает, любое воздействие на человека становится невозможным в принципе.
Вредное излучение отсутствует
В отличие от индуктивных технологий, излучающих в пространство комнаты значительную часть ВЧ-мощности, во время зарядки устройства, лежащего на зарядной панели, технология Wi-Charge, использующая инфракрасный лазер 1 класса не сопровождается РЧ-излучением в принципе. Этот момент оказывается важен и с точки зрения 0-го воздействия Wi-Charge на работающие в помещении электрические схемы.
Масштабирование без ограничений
Одно из ключевых преимуществ технологии Wi-Charge – возможность масштабирования. Количество поставленной мощности может меняться от нескольких милливатт для датчика запитки до сотен ватт, используемых в промышленных или даже военных целях. Для потребительского рынка устройств, таких как смартфоны и носимые гаджеты, Wi-Charge рассчитывает начать с системы, способной выдавать 10 Вт.
В отличие от альтернативных технологий позволяющих осуществлять направленную передачу энергии, Wi-Charge плата имеет компактные размеры. В качестве элемента приемника, как указано на сайте разработчика технологии, может быть использован модуль камеры смартфона.
Первоначально разработку планировали завершить к середине 2015 года. Как сообщает ресурс spectrum.ieee.org, сотрудники которого получили возможность оценить степень готовности прототипов в непосредственном общении с разработчиками, первый коммерческий продукт, реализованный на принципах технологии Wi-Charge выйдет в конце 2016 года и будет ориентирован на инфраструктуру IoT и умного дома. Через год компания планирует выпустить мобильное решение для зарядки смартфонов.
Конкурент
Прямой конкурент Wi-Charge – система беспроводной зарядки “Cota” о готовности прототипа которой стартап Ossia заявил еще в апреле 2015 года. Как и Wi-Charge система была впервые представлена в 2013 году. Для зарядки система использует радиоволны в том же диапазоне, что и стандарты Wi-Fi и Bluetooth, что конечно же очень удобно, поскольку снимает вопрос разработки приемника специальной конструкции. При наличии в устройстве антенны Wi-Fi и Bluetooth прием энергии будет осуществляться непосредственно на нее. При отсутствии антенны в устройство для сопряжения с сигналом потребуется встроить специальный чипсет.
Чипсет Cota
Принцип действия Cota основан на фокусировке радиосигнала на заряжаемом устройстве. Это позволяет передавать ему сигнал мощностью 1 Вт — треть той мощности, которую обеспечивает мобильному телефону порт USB.
Второе преимущество принципа, используемого в системе “Cota” – возможность зарядки вне зоны прямой видимости, в том числе, в соседнем помещении. Вместе с тем, радиус действия беспроводного ЗУ Сота составляет 10 м, в то время как радиус действия устройств, работающих по технологии Wi-Charge не ограничивается диапазоном в 50 м. Второе ограничение – мощность передаваемого сигнала, которая в Сота составляет до 1 Вт, т. е. треть мощности, гененерируемой при стандартном способе зарядки через порт USB. В сравнении, уже стартовый продукт Wi-Charge, который компания планирует запустить к концу 2016 года сможет генерировать 10Вт электроэнергии.
Источник 1
Источник 2
Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах нашего блога. Мы готовы и дальше делиться с вами актуальными новостями, обзорными материалами и другими публикациями, и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время было для вас полезным. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики.
Другие наши статьи и события
Комментарии (38)
Hellsy22
11.03.2016 07:47+8<sarcasm>Невидимый лазер мощностью 1Вт., что плохого может случиться?</sarcasm>
magamos
11.03.2016 08:44[sarcasm] Ничего, если ходить с ИК фильтром в очках или контактных линзах. Ну или сделать операцию замены хрусталика с линзой с ИК фильтром. [/sarcasm]
Oroszorszag
11.03.2016 10:49+1Ну в статье написано лазер 1 класса, то есть там даже милливатта нет. Тогда непонятно, как он вообще сможет что-то зарядить:)
icover
13.03.2016 02:17Вы не обратили внимание на один важный и принципиальный момент — процесс прекращается в ту же секунду, когда физический предмет оказывается между источником и приемником.
EndUser
11.03.2016 09:52Я так понял, что, без катафоты-световозвращателя, излучение останавливается.
Как, собственно, и моторика наведения.
Но не ясно как оно теперь стартует и восстанавливается.
Скорее всего логично было бы тогда разделить излучения на управляющее безопасное и силовое опасное.spc
11.03.2016 09:54Если эта штука планируется к использованию рядом с живыми людьми, логично было бы исключить "силовое опасное".
EndUser
11.03.2016 09:57Неверная правка. Читать: «Но не ясно как оно теперь стартует и восстанавливается. Как, собственно, не ясна и моторика наведения.»
spc, они вместо исключения опасности лазера доказывают его безопасность. Ловко.spc
11.03.2016 10:09У меня закрадывается подозрение, что наведения как такового и нет. Пуляет во все стороны, в надежде, что где-то найдется потребитель. В связи с этим возникает много интересных вопросов, но читать исходники в пятницу лень (если адекватные материалы, описывающие технологию есть, а не "это секрет фирмы").
Вот, кстати, один из вопросов как раз про безопасность. Обычно если лазер, то все берегут глаза. Но положим, здесь от лазера только условно когерентное излучение (как, очевидно, наиболее эффективное по энергетике), ок. Однако нам говорят про масштабируемость до "сотен ватт". Вот и выходит, что либо эта мощность постоянно гуляет в пространстве (и куда девается?), либо факт потребления возникает в момент резонанса описанной системы зеркал.
Последний вариант, конечно, очень крутой. Однако, если задуматься, то тут и до силовых полей недалеко. Ну, в смысле, от тех, которые вредителей уничтожают при пересечении. Впрочем, надо закругляться с фантазиями, хоть и пятница.
tmin10
11.03.2016 11:32А эти сотни ватт не будут просто нагревать поверхности? ИК обогреватель такой выйдет маломощный…
nvksv
11.03.2016 13:56+1Судя по картинкам, они умудрились создать систему, которая равномерно светит во все стороны слабеньким монохроматическим ИК, и если кто-то начинает отражать ИК обратно (на строго той же длине волны и с более-менее стабильной фазой), возникает резонанс (вынужденное излучение), в который уже накачивается энергия вплоть до десятков Вт.
Чисто теоретически это вполне возможно, вопрос только в потерях на боковое излучение (в тех же твердотельных лазерах зеркала не зря полируются строго параллельно) и в рассеянном отражении от посторонних предметов (положительная обратная связь при этом может полыхнуть не хило). А уж если кто забудет на столе что-нибудь округлое и блестящее...
spc
11.03.2016 09:53+2Все, как обычно, упирается в оконечные устройства. Почти вечность потребовалась, чтобы в смартфонах наконец-то устоялся microUSB (и то Apple идет своим путем), и непонятно, будет ли толк от Qi. В общем, коммунизм наступит в двухтысячных годах тридцатого шестидесятитысячелетия.
saege5b
11.03.2016 10:05+2Если долго вкуривать, то возникает впечатление что это типа генератора лазера, где первое и второе зеркала разнесены в пространстве. И работает типа так: первое зеркало и активная среда (усилитель по ихнему) находится на потолке (допустим), а второе зеркало — у пользователя. И эти две зеркальных системы отражают и резонируют с генерацией пучка на пользовательском зеркале.
По идее авторов, та масса воздуха что находится между первым зеркалом на потолке, и пользовательским устройством вообще себя никак не проявляет (вакуум?). А так как этот воздушный канал большой/широкий, то и плотность энергии в нём будет минимальна. А на пользовательском устройстве предусмотрено что-то типа призмы (катафот) которая ещё что-то там, куда-то фокусирует.
Почему бы им сразу не разработать вечный двигатель?rPman
12.03.2016 23:51Еще за кадром остается вопрос точного определения координат, но полагаю если в импульсном режиме (типа десятки тысяч раз в секунду) чередовать яркие вспышки во все стороны и ловить отклики отражателей мобильников (сам отклик мобильник может самим отражением модулировать информацию о себе, уровне заряда и т.п.) и направлять
боевойлазер в нужную сторону/
а как добиться совпадения фазы отраженного луча? как это делается в самом лазере? точной подстройкой расстояния между зеркалами? я неправильно понял а зачем тут совпадение фазы?
pizun
11.03.2016 12:50+2Нет, чтоб всунуть в устройство дополнительный мини-аккумулятор и сделать основной сменным и легкодоступным.
Сел? Вытащил, вставил свежий. Севший в док станцию. Работаем дальше.
Нет, нужно выдумывать дискотеку на дому. Капитализм, инновационизм, идиотизм.
slider
11.03.2016 13:39А для десятка IOT устройств в доме ты тоже будешь каждый месяц батарейки менять?
По-моему это очень круто. Все эти датчики, видеокамеры, цифровые рамки упираются сейчас как раз в питание. Или тяни везде провода, или постоянно меняй батарейку,
spc
11.03.2016 15:08Ну как сказать. У меня дома три беспроводных датчика задымления. Батарейки в них меняются нечасто, но если менять — то со стремянкой. В трех разных местах.
Понятно, что по советским меркам тот, кто не способен поменять батарейку со стремянкой — слабак. Но вот я бы предпочел, чтобы эти датчики как-нибудь в фоне энергию получали.pizun
11.03.2016 15:19А от этих датчиков есть практический толк? Пожарные успеют приехать до того, как все выгорит(сомневаюсь), или стоит и система тушения? Не лучше ли изолировать пожароопасные устройства от легковоспламеняющихся вещей?
rommus1
11.03.2016 19:07Очень круто, если еще сделают передающее устройство в виде лампочек со стандартным цоколем.
yJluTbl4
11.03.2016 13:17Galaxy Note 3 от USB в 0.5 А заряжается очень медленно, так что 1 ватта будет явно мало. А ведь еще приемник имеет свой кпд, так что лазер должен быть мощней.
Но даже 1 ватт не шутки. Лежит у меня ик лазер на 1 Ватт, весьма лихо плавит пластик.
ClearAirTurbulence
11.03.2016 16:33+1«Для зарядки (в случае интеграции приемника на уровне схемы заряжаемого устройства) никаких специальных действий от пользователя не потребуется, в отличие от существующих способов подключения, где от пользователя потребуется ряд действий.»
ИМХО, нарисованная схема предусматривает соосность приемника и передатчика. Как, интересно, они собираются ее обеспечивать без пользователя? Приемным модулем в подвижном маунте а-ля «хамелеоний глаз»? А у передатчика? А если «масштабировать на много устройств»?
Вообще очень похоже на ненаучную фантастику, как кто-то справедливо отметил выше, разнесли лазер в пространстве, и предположили, что воздух ни на что не влияет.
gregox
12.03.2016 02:25Как известно, срок жизни современных аккумуляторов, используемых в современных устройствах, обусловлен кол-вом циклов заряд/разряд, а при такой схеме зарядки — заряд будет прерываться очень часто, до сотен раз за сутки. В итоге аккумулятор существенно потеряет свою ёмкость уже через месяц использования. Вы выводы делайте сами, а я считаю — идея нежизнеспособна.
bazis13
12.03.2016 12:09+1количеством _полных_ циклов заряд/разряд.
gregox
14.03.2016 16:06Спасибо, что просветили, оказывется я всё время неверно заряжал телефон (ждал до 5-10%). Правда парадокс — подруга использует такой же телефон (купили одновременно) и заряжает при первом удобном случае, аккум у нее садится заметно быстрее. То же самое с ноутбуками у меня и у товарища (около 7 лет эксплуатации). Как-то так.
bazis13
14.03.2016 16:21Может она живет дальше от сотовой вышки. Говорят, ток заряда может на емкость немного влиять.
https://geektimes.ru/post/29432/
Хотите продлить жизнь аккуму — заряжайте не больше, чем на 90% всегда. Мне проще за $5-$10 вставить новый, если понадобится.
tormozedison
12.03.2016 22:35Если я правильно понял, там безопасность обеспечена расфокусировкой луча в передатчике с последующей его фокусировкой непосредственно в приёмнике. Но возникает другая проблема. Возьмём для сравнения распространённый стандарт на радиосастотную зарядку — Qi. Это ж обычный импульсный блок питания, только частота выше, и импульсный трансформатор без сердечника и разъёмный. Импульсные блоки питания давно умеют делать с кпд порядка 70 %. А здесь? Кпд лазера мал, кпд фотобатареи тоже. А если их перемножить, совсем мало выходит.
NikitaE
13.03.2016 02:22это как в «Теории Большого Взрыва»:
— Я тут придумал очки, которые превращают любое кино в тридэ!
— А как это работает?
— Ну, для этого мне и нужен технарь.
Идея крутейшая, но абсолютно фантастическая.
Во-первых, 1 Вт передаваемого сигнала — это выходная мощность? Если так, принимаемая будет падать, кжц, пропорционально квадрату расстояния. Да и в любом случае, лазер такой мощности представляет серьёзную опасность для глаз.
Во-вторых, о постоянстве мощности на входе тут и говорить не приходится. Залапал пальцами приёмник? Куришь/парИшь? Положил под не тем углом (==луч частично отражается)? Всё, про нормальную зарядку забудь.
В-третьих, лазеры надо каким-то интересным образом нацеливать на приёмник… и сохранять ориентацию, если, допустим, юзер подвинул ноутбук.
magamos
> Принцип действия Cota основан на фокусировке радиосигнала на заряжаемом устройстве. Это позволяет передавать ему сигнал мощностью 1 Вт
Ни один ноутбук не выживет с такой маломощной зарядкой.
spc
Есть такая штука — время.
aaamodder
Есть такая штука — потребление энергии процессором и т. п. При среднем TDP около 45 Вт у такой зарядки нет шансов. А даже если ноутбук выключить, то для полной его зарядки понадобится больше двух суток для 60 Вт*ч аккумулятора.