Ученым наконец-то удалось изобрести способ эффективной беспроводной передачи энергии при помощи магнитных полей. Эту задачу в свое время пытался решить еще великий Никола Тесла в XIX веке, однако это удалось сделать только в наши дни группе физиков, которой руководил профессор Ярослав Уржумов. Для этого были использованы специальные суперлинзы.
Сейчас в век беспроводных технологий ученые и инженеры все чаще задумываются над способом беспроводной передачи энергии — таким образом люди могли бы заряжать свои ноутбуки, планшеты и смартфоны, находясь при этом далеко от источников тока. Как мы помним, впервые возможность подобной передачи доказал еще Никола Тесла своим экспериментом 1899 года. С тех пор несколько раз ученые добивались успехов, однако высокий КПД в таких экспериментах удавалось получить только в тех случаях, когда дистанция передачи была сравнимой с размерами передатчика и приемника. Рекордом здесь оказалась передача электричества в батареи электромобилей от соприкосновения колес с дорожным покрытием — да и то лишь тогда, когда расстояние между асфальтом и днищем машины не превышало 15 сантиметров.
Читайте также: Сказочный способ передачи информации
Однако недавно группе ученых из Университета Дьюка (США) и Североамериканского исследовательского института "Тойота", которой руководил профессор Ярослав Уржумов, удалось создать устройство, которое может передавать энергию на значительное расстояние при помощи низкочастотных магнитных полей. Для того чтобы добиться этого, доктор Уржумов и его коллеги создали квадратную суперлинзу, находящуюся между двумя катушками, которые были разнесены на некоторое расстояние друг от друга. Эти суперлинзы выглядели как несколько десятков гигантских кубиков Рубика, которые соединили между собой. Как внешние, так и внутренние стенки данных пустых блоков были покрыты спиралевидными медными проводками так, что образовавшийся узор напоминал обычную микросхему.
Но это еще не все — геометрия катушек и их повторяющаяся форма придавали им свойства метаматериала, который взаимодействует с магнитными полями таким образом, что последние могут передавать энергию в узком конусе, где их интенсивность максимальна. И вот ученые поместили одну из медных катушек с одной стороны от суперзлинз, после чего по ней пустили переменный ток, создавший магнитное поле. Как и полагается, интенсивность поля падала с квадратом расстояния, что делало его не слишком хорошим средством передачи энергии. Однако ситуацию исправило именно наличие суперлинз — когда они находились между катушкой-генератором и катушкой-приемником, магнитное поле смогло предать достаточное количество энергии на расстояние примерно в 30 сантиметров, а это было почти в десять раз больше, чем размер передатчика.
"Предыдущие опыты говорят о том, что если ваш электромагнит имеет в диаметре 2,54 сантиметра, вы почти ничего не сможете передать с его помощью уже на 7,62 сантиметра. Ну, а если точнее, то вы получите всего примерно 0,1 процента энергии, которая была доступна на первой катушке. Однако нам все-таки удалось добиться того, что эффективность магнитоиндуктивной беспроводной передачи энергии весьма возросла для дистанций, которые намного больше размера и приемника, и передатчика. Это важно, поскольку чтобы стать частью повседневной жизни, подобной технологии надо вписаться в габариты сегодняшней карманной мобильной электроники", — комментирует результаты исследования ведущий автор работы профессор Ярослав Уржумов.
По мнению исследователя, такая беспроводная передача энергии с помощью магнитного поля выгодно отличается от стандартной, с помощью электрических полей, что достигается за счет большей безопасности и потенциальной эффективности. Большинство материалов не слишком-то поглощают магнитные поля, и даже довольно сильные поля (до трех тесл) вполне безопасны и, более того, утверждены для использования в той же томографии.
Теперь ученые хотят создать такие миниатюрные системы беспроводной подзарядки мобильной электроники, в которых потери при передаче энергии не так важны, как маленькие размеры системы из передатчика-приемника. Для этого они собираются разработать суперлинзы, параметры которых будут изменяться — они смогут фокусировать подпитывающие магнитные поля на изменяемой точке в пространстве. Такое может быть важно в том случае, если, например, человек со смартфоном, нуждающимся в подзарядке, в это время ходит по комнате, периодически меняя местоположение.
Читайте также: Оптическая гребенка причешет навигацию
"Предшествующие коммерческие продукты подобного плана все-таки не стали решением проблемы именно потому, что привязывали невидимыми узами пользователя к определенной точке, где беспроводная передача работала. Мы же хотим избавиться не только от проводов, но и от этих невидимых уз", — говорит профессор Уржумцев. И по его мнению, поскольку в теоретическом и экспериментальном плане проблема эффективной беспроводной подзарядки уже решена им и его коллегами, то и это будет сделать не так-то уж и сложно…
Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"