موضوع: انتقال انرژي بي سيم|وقتی که موبایل سوکت شارژ ندارد

با انتقال انرژي بي سيم آشنا شويد
وقتی که موبایل سوکت شارژ ندارد

در دنیای امروز اغلب موارد برای شارژ دستگاه‌های همراه، باید آن را توسط یک کابل مزاحم به یک پریز دیواری متصل کنیم. همچنین برای اتصال به اینترنت و شبکه در اکثر مواقع نیاز به کابل‌های طویل داریم. آینده از آن فناوری دستگاه‌های بی‌سیم همه‌جانبه است که نه‌فقط برای انتقال اطلاعات بلکه جهت رد و بدل کردن انرژی نیز از آن استفاده خواهد شد. پژوهش‌های جدید انتقال انرژی را به دنیای بی‌سیم وارد کرده است و به این ترتیب به زودی شاهد باتری‌هایی هستیم که بدون نیاز به اتصال کابلی شارژ شده و شما را از دردسرهای مربوطه رها می‌سازند. انتقال بی‌سیم انرژی را تسلا آغاز کرد، اینتل و سونی به آن علاقه زیادی نشان دادند و یک مهندس و فیزیکدان کروات اولین کسی بود که آن را وارد عرصه تجارت کرد. با توجه به پیشرفت‌های صورت‌گرفته در این زمینه، به احتمال زیاد تا سال 2013 برای انتقال انرژی تلفن هوشمند، لپ‌تاپ یا تبلت خود نیازی به استفاده از کابل نخواهید داشت. دنیای انرژی بی‌سیم دنیای شگفت‌انگیزی است و داشتن اطلاعات کلی این حوزه خالی از لطف نخواهد بود. باشگاه این هفته را حتما بخوانید.


انرژی بی‌سیم

انتقال انرژی بی‌سیم (Wireless energy transfer) فرآیندی است که طی آن انرژی الکتریکی از یک منبع - و بدون نیاز به کابل- به دستگاه‌های الکتریکی منتقل می‌شود. این فناوری برای مواقعی که نیاز مبرم و بدون انقطاعی به انرژی الکتریکی وجود دارد، یک راه‌حل ایده‌آل به شمار می‌رود. نظر به اینکه اجزا و اصول فیزیکی انتقال انرژی و انتقال اطلاعات به شکل بی‌سیم یکسان هستند، با این حال این دو فناوری تفاوت‌های اساسی با هم دارند. انرژی بی‌سیم بر پایه اصل «اتصال رزونانسی» ساخته شده است، بدین معنی که در صورت وجود حلقه‌های مسی با تنظیم فرکانسی مشابه در دستگاه‌ها، می‌توان آنها را با یکدیگر به اصطلاح رزونانس کرد (در یک فرکانس رزونانسی انرژی در جسم ذخیره می‌شود و این انرژی در نتیجه نیرویی کوچک و متناوب امکان حرکت نوسانی با دامنه بالا را پیدا خواهد کرد).



از تسلا تا براون

بحث‌های اولیه پیرامون انتقال انرژی بی‌سیم به جای استفاده از کابل، از اواخر قرن نوزدهم با نظریه‌پردازی‌های هاینریش هرتز و نیکلای تسلا شروع شد. تسلا در سال 1899 توانست انرژی مورد نیاز برای روشن کردن لامپ‌های فلورسنت را بدون به‌کارگیری سیم، از 25 مایلی آنها فراهم کند. با وجود بدیع بودن نتیجه کار و تلاش‌های شخصی تسلا در تجاری‌سازی این فناوری شگفت‌انگیز، بودجه مالی او در مسیر تکمیل پروژه به اتمام رسید و افراد به همان روش قبلی مبتنی بر کابل برای انتقال انرژی رضایت نشان دادند. بعد از تسلا و هرتز، ویلیام سی. براون کمک زیادی به توسعه مدرن انتقال امواج مایکروویو کرد، به طوری که غالب فناوری‌های بی‌سیم امروزی بر تلاش‌ها و پژوهش‌های او استوار است. او در دهه 60 دستگاهی را اختراع کرد که می‌توانست با تبدیل امواج مایکروویو به برق DC، انرژی را به یک هلیکوپتر با فاصله نسبتا زیاد منتقل کند.

در سال 1982، براون با کمک همراه ناسایی‌اش جیمز تریمر، توانست آنتن مایکروویوی خود - که به آن rectenna گفته می‌شود- را با ابعاد کوچک‌تر و توان قوی‌تری بسازد. آنتن جدید منجر به کلید خوردن پروژه جدیدی با عنوان SHARP شد. هدف از پیاده‌سازی برنامه SHARP، تولید و توسعه هواپیماهای بدون سرنشینی بود که بتوانند توسط این آنتن‌های rectenna، توان مصرفی مورد نیاز خود را از فواصل دور دریافت کنند. با وجود پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای که این فناوری تاکنون داشته است، هنوز به‌کارگیری آن در حوزه‌های مختلف کاربردی‌اش عمدتا به دلایل مالی و فنی به تعویق افتاده است (هر چند در حال حاضر برخی از دستگاه‌های برقی از این روش برای شارژ شدن استفاده می‌کنند ولی این فناوری هنوز همه‌گیر نشده است). اما در انتقال بی‌سیم انرژی چه فرآیندهایی انجام می‌شود؟ این مساله‌ای است که در ادامه به آن اشاره‌ای می‌کنیم.

انتقال انرژی به روش القایی

به دلیل اینکه محصولی مثل یک مسواک برقی اغلب با آب تماس دارد، خطرهای بالقوه‌ای را برای انتقال انرژی کابلی برای دستگاه و همچنین كاربر آن به همراه خواهد داشت. در نتیجه یکی از روش‌های انتقال انرژی با عنوان انتقال القایی (inductive coupling) برای شارژ این دستگاه‌ها به کار گرفته می‌شود. در این نوع ارتباط، میدان‌های مغناطیسی حاصل از جریان الکتریکی موجود در سیم، با ایجاد یک کویل (به تعبیری یک سیم‌پیچ) می‌توانند جریانی را در سیم دیگری - که توسط میدان احاطه شده است- القا کنند. مراحل کار در این روش به شرح ذیل است:

جریان انتقالی از پریز وارد کویل شده و یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند. زمانی که دستگاه را در شارژ دارای میدان قرار می‌دهید، جریان جدیدی در یک کویل دیگر که متصل به باتری است ایجاد خواهد شد. این جریان اخیر باتری دستگاه را شارژ می‌کند.

از این اصل می‌توان برای شارژ کردن دستگاه‌های مختلف موجود در میدان مغناطیسی ایجادشده استفاده کرد. دستگاه‌هایی مثل Powerdesk و Splashpower هر دو دارای چنین ساختاری هستند و با کویل‌های تولیدکننده میدان مغناطیسی، وسایل کاربر را شارژ می‌کنند. یکی از ایرادات شارژ القایی این است که نمی‌توان این روش را برای شارژ کردن دستگاه‌هایی با فواصل دور مورد استفاده قرار داد. برای حل این مشکل روش «رزونانس» مطرح شده است.

رزونانس و شارژ بی‌سیم.

بنا بر آنچه گفته شد، دستگاه‌های الکتریکی با توجه به جریانی که دارند یک میدان مغناطیسی کوچک در اطراف خود ایجاد می‌کنند. در نوامبر سال 2006 محققان دانشگاه MIT ادعا کردند که قادرند راهکاری برای دسترسی به این میدان مغناطیسی در فاصله چند متری پیاده‌سازی کنند. روش آنها برای انجام این کار بر پایه گسترش میدان توسط افزایش رزونانس (تشدید) موجود بود. برای اینکه درک بهتری از رزونانس به دست آورید، دنیای موسیقی را متصور شوید. ابزارآلات موسیقی دارای شکل و فرم خاصی هستند (مثلا یک فلوت) که تعیین‌کننده میزان فرکانس ارتعاشی آنهاست. به این میزان فرکانس، فرکانس رزونانسی گفته می‌شود. با توجه به این موضوع، دو ابزار موسیقی مشابه، دارای فرکانس رزونانسی یکسانی خواهند بود. محققان MIT با در نظر گرفتن مفهوم رزونانس و نتایج حاصل از آن، به این نتیجه رسیدند که در صورتی که میدان‌های مغناطیسی بتوانند در فرکانس رزونانسی مشابهی قرار بگیرند، انتقال انرژی در فواصل دورتر امکان‌پذیر خواهد شد.

در تئوری آنها یک سیم‌پیچ منحنی‌شکل که ابتدا و انتهای آن به دو صفحه خازنی متصل است کار اصلی را بر عهده دارد. محتوای انرژی جهت شارژ دستگاه‌ها، در بین این دو صفحه خازنی ذخیره شده و زمانی که جریان در سیم‌پیچ به حرکت درمی‌آید، وضعیت رزونانس به وجود می‌آید. در نتیجه ایجاد این فرکانس رزونانسی، کلیه دستگاه‌های الکتریکی موجود در یک اتاق کوچک قابلیت شارژ شدن خواهند داشت.



دلایل تعویق تجاری پروژه

هزینه نسبتا پایین و راندمان بالای انتقال انرژی کابلی موجب شده است فناوری‌های شارژ بی‌سیم عمدتا در حوزه‌های فضایی و نظامی مورد استفاده باشند. به همین دلیل اغلب پژوهش‌های مرتبط با موضوع، پیرامون تولید و پیاده‌سازی ابزارهایی است که در این دو حوزه مثمرثمر هستند.

با این حال شرکت‌هایی هم هستند که با تولید محصولاتی -که در متن هم به آنها اشاره شد- قصد تجاری‌سازی این فناوری را دارند و به احتمال زیاد از سال آینده شاهد همه‌گیر شدن شارژ بی‌سیم خواهیم بود.

آری، باید کم‌کم به فکر خداحافظی با کابل‌های قدیمی باشیم.



سعید صباغی پور


asreertebat.com