В газете, размещенной 23 октября 2016 на хранилище arXiv перед печатью, инженеры в Университете Дюка, Вашингтонском университете и Invention Science Fund (ISF) Intellectual Ventures показывают, что технология уже существует, чтобы построить такую систему – это – только вопрос занимания время, чтобы проектировать его.«Является ли его наушники, сотовые телефоны, часы, или даже Ваша мышь и клавиатура, главное раздражение для потребителей стычкой того, чтобы быть ограниченным шнурами, чтобы перезарядить батареи», сказал Дэвид Смит, преподаватель и председатель Отдела Электротехники и Вычислительной техники в Герцоге. «И конечно они всегда высыхают в худший момент. Наша предложенная система была бы в состоянии автоматически и непрерывно заряжала бы любое устройство где угодно в комнате, обесточивая батареи вещь прошлого».
Некоторые беспроводные тарификационные системы уже существуют, чтобы помочь привести в действие громкоговорители, сотовые телефоны и планшеты. Эти технологии полагаются на платформы, которые требуют их собственных проводов, однако, и устройства должны быть помещены в непосредственную близость зарядной станции.Это вызвано тем, что существующие зарядные устройства используют резонирующую магнитную почти область, чтобы передать энергию. Магнитное поле, произведенное током, текущим в катушке провода, может быть довольно большим близко к катушке и может вызвать подобный ток в соседней катушке.
У магнитных полей также есть добавленная премия того, чтобы быть считаемым безопасным для воздействия на человеческий организм, делая их удобным выбором для беспроводной передачи власти.Магнитный почти полевой подход, однако, не является возможностью для передачи власти по большим расстояниям. Это вызвано тем, что сцепление между источником и приемником – и таким образом власть передает эффективность – снижения быстро с расстоянием.
Беспроводная система транспортировки власти, предложенная в новой газете, работает на намного более высоких микроволновых частотах, где расстояние передачи власти может простираться далеко за пределами границ комнаты.Чтобы поддержать разумные уровни эффективности передачи власти, ключ к системе должен работать в зоне Френеля – область электромагнитного поля, которое может быть сосредоточено, позволив плотности энергии достигнуть уровней, достаточных, чтобы обвинить много устройств в высокой эффективности.«Пока Вы на определенном расстоянии, Вы можете построить антенны, которые собирают электромагнитную энергию и сосредотачиваются, она, во многом как линза может сосредоточить пучок света», объяснил Смит.Проблема до настоящего времени состояла в том, что антенны в беспроводной системе транспортировки власти должны были бы быть в состоянии сосредоточиться на любом устройстве в комнате.
Это могло быть сделано с подвижным блюдом антенны, например, но это займет слишком много места, и никто не хочет большую, движущуюся спутниковую антенну на их каминной доске.Другое решение – поэтапное множество – антенна с большим количеством крошечных антенн группировалась, каждый из которых может быть независимо приспособлен и настроен. Та технология также существует, но была бы слишком дорогостоящей и расходовала бы слишком много энергии для домашнего использования.
Решение, предложенное Смитом и его коллегами в новой газете вместо этого, полагается на метаматериалы – синтетический материал, состоявший из многих отдельных, спроектированных клеток, которые вместе производят свойства, не найденные в природе.«Предположите, что у Вас есть фронт электромагнитной волны, перемещающийся через плоскую поверхность, сделанную из тысяч крошечных электрических клеток», сказал Смит. «Если Вы можете настроить каждую клетку, чтобы управлять волной в особенном методе, Вы можете продиктовать точно, на что похожа область, когда это выходит с другой стороны».Если эта технология кажется неправдоподобной, это не. Смит и его лаборатория использовали этот принцип, чтобы создать первое в мире устройство сокрытия, которое сгибает электромагнитные волны вокруг объекта, проводимого в.
Несколько лет назад Натан Кандц, бывший аспирант и postdoc от группы Смита, возглавили команду ISF, которая разработала технологию метаматериалов для спутниковой связи. Команда основала Kymeta, который строит сильные, плоские антенны, которые могли скоро заменить гигантские автоматически возобновляемые спутниковые антенны, часто замечаемые на больших лодках. Три других компании, Evolv, Echodyne и Pivotal были также основаны, используя различные версии метаматериалов для отображения, радара и радиосвязей, соответственно.«Одна из самых прохладных вещей о нашем подходе к этой проблеме – то, что это позволяет нам производить наши антенны на тех же самых заводах, которые производят жидкокристаллические телевизоры», сказал Кандц.
ЖК-монитор относится к жидкокристаллическим дисплеям; это – жидкий кристалл, объединенный с метаматериальными элементами, который позволяет реконфигурируемые спутниковые антенны Киметы. Kymeta производил антенны, используя эту производственную мощность в течение приблизительно одного года.В газете Смит и его коллеги работают посредством вычислений, чтобы иллюстрировать то, к чему основанная на метаматериалах беспроводная энергосистема была бы способна.
Согласно результатам, плоское метаматериальное устройство, не более крупное, чем типичный телевизор с плоским экраном, могло сосредоточить лучи микроволновой энергии вниз к месту о размере сотового телефона на расстоянии до 10 метров. Это должно также быть способно к включению больше чем одного устройства в то же время.«Способность к безопасно прямым сосредоточенным лучам микроволновой энергии зарядить определенные устройства, избегая нежелательного воздействия людей, домашних животных и других объектов, является переломным моментом для беспроводной власти», сказал соавтор Мэтт Рейнольдс, адъюнкт-профессор электротехники и информатики и разработки в Вашингтонском университете. «Наш предложенный зональный Френелью подход использует в своих интересах широко используемую жидкокристаллическую технологию, чтобы позволить бесшовную беспроводную подачу электроэнергии ко всем видам интеллектуальных устройств. И мы изучаем альтернативы жидким кристаллам, которые могли позволить энергетическую передачу на намного более высоких уровнях власти по большим расстояниям».
Есть, конечно, вызовы разработке такая беспроводная система транспортировки власти. Должен был бы быть развит сильный, недорогой, очень эффективный электромагнитный источник энергии. Система должна была бы автоматически выключиться, если бы человек или домашнее животное должны были идти в сосредоточенный электромагнитный луч.
И программное обеспечение и средства управления для метаматериальной линзы должны были бы быть оптимизированы, чтобы сосредоточить сильные лучи, подавляя любые нежелательные вторичные «призрачные» лучи.Но технология там.
«Все эти проблемы возможно преодолеть – они не контрольно-пропускные пункты», сказал Смит. «Мы на самом деле придумали некоторые хорошие аналитические формулы для зон охвата и полезных действий, которые будут возможны. Я думаю, строя систему как это, которое могло быть включено в потолок и с помощью беспроводных технологий зарядить все в комнате, очень выполнимая схема. Кроме того, есть версии понятия, которое может обеспечить большую власть над намного большими расстояниями»