Bezprzewodowe przesyłanie prądu

Wkrótce może zniknąć ostatni kabel: naukowcom udało się bezprzewodowo przesłać energię elektryczną. Wyjaśniamy, jak działa nowa technologia i kiedy prawdopodobnie trafi pod strzechy.

Wyobraź sobie swój dom, a w nim – ani jednego kabla. Telewizor, sprzęt grający, odtwarzacz Blu-ray lub DVD, słuchawki – wszystko działa bez wtyczek. Na dodatek baterie wszystkich telefonów czy laptopów zaczynają ładować się automatycznie, gdy tylko przekroczysz z nimi próg mieszkania. Oczywiście nie ma potrzeby podłączania ich za pomocą kabla do gniazdka.

Podstawy technologii, dzięki której można będzie urzeczywistnić tę wizję, zostały właśnie opracowane na słynnym Massachusetts Institute of Technology (MIT). Prace nad projektem, roboczo nazwanym „Witricity”, trwały od 2006 roku. Niezależne badania od 2007 roku prowadzi także Intel, który planuje w ciągu najbliższych kilku lat wypuszczenie na rynek pierwszych produktów obywających się bez kabli zasilających. Procesorowy potentat nazwał swoją technologię WREL (Wireless Resonant Energy Link), co można przetłumaczyć jako „bezprzewodowe przesyłanie energii z użyciem rezonansu”.

Już w zeszłym roku Intel pokazał działający prototyp. Szef technologiczny (CTO) Intela Justin Rattner zaprezentował na konferencji Intel Developer Forum (IDF) 60-watową żarówkę, która świeciła, chociaż znajdowała się metr od źródła prądu. I nie łączył ją z nim żaden kabel. Od tego czasu Intel udowodnił, że technologię WREL można zastosować do zasilania netbooka albo głośników. Do tych drugich, oprócz energii, bezprzewodowo można przesyłać także muzykę.

Działanie: Układ rezonansowy pozwala czerpać energię z powietrza

Pierwszy pokaz działania technologii WREL zrobił na publiczności podobne wrażenie jak wcześniej prezentacja transmisji WLAN. Czy pamiętasz, kiedy po raz pierwszy skorzystałeś z bezprzewodowego Internetu? Warto o tym pomyśleć, żeby uświadomić sobie, jak szybko przywykamy do dobrego, czyli do nowego udogodnienia, i jak w krótkim czasie zaczynamy każdy nowy wynalazek traktować jako coś oczywistego.

Podstawowa zasada działania WREL opiera się na zjawisku rezonansu: odbiornik WREL (rezonator) jest w stanie wytworzyć energię elektryczną z pola magnetycznego za pomocą miedzianego zwoju. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy nadajnik (również rezonator z miedzianym zwojem) emituje ją na właściwej częstotliwości. Punkt kulminacyjny programu: skręcony drut działa jak biegi w rowerze: niższego biegu używamy, wjeżdżając pod górę, by efektywniej wykorzystywać energię, natomiast wyższych biegów używamy, zjeżdżając z górki. Rozmiar uzwojenia odbiornika decyduje o pobieranym natężeniu i napięciu prądu. Dodatkową zaletą jego działania jest to, że transmiter WREL emituje tylko tyle energii, ile potrzebuje odbiornik.

Opisaną technologię zastosowano już w elektrycznych szczoteczkach albo nowych telefonach komórkowych. Przykładem może być nowa stacja ładująca Touchstone przeznaczona do telefonu Palm Pre. Jednak w tych przypadkach urządzenie musi być bardzo blisko albo nawet dotykać ładowarki, tymczasem WREL świetnie sprawdza się też, gdy w grę wchodzą większe odległości. Jak wynika z przeprowadzonych dotychczas testów, baterie można ładować z odległości od 20 centymetrów do 1 metra. Naukowcy Intela nazywają ten obszar polem magnetycznym, odbiornik WREL może się po nim przemieszczać bez zakłócania dostaw prądu.

Do zrobienia: wyższa wydajność, większy zasięg
Ten zbudowany przez Intela zestaw WREL dostarczał energię 60-watowej żarówce, bez żadnych kabli.

Ten zbudowany przez Intela zestaw WREL dostarczał energię 60-watowej żarówce, bez żadnych kabli.

Niestety, zanim pozbędziemy się z domu wszystkich kabli, potrzebnych będzie jeszcze sporo badań. Rezydujący w Seattle zespół badawczy Intela pracuje głównie nad poprawą wydajności przesyłania, ochroną użytkowników przed promieniowaniem i wyglądem urządzeń. Inżynierom z Big Blue już udało się uzyskać wydajność przesyłania energii na poziomie 75 proc. i już to jest wynikiem imponującym, ale w świetle światowego kryzysu energetycznego – to wciąż za mało. Justin Rattner, szef zespołu badawczego, mówi, że energia tracona jest podczas pośredniego ładowania baterii: „Wydajność technologii WREL jest tak wysoka, że wydaje się to aż  nieprawdopodobne”.

Jednak wydajność zależy od tego, jak ułożone są wobec siebie zwoje miedzianego drutu w obu częściach urządzenia: wystarczy delikatnie zmienić położenie zwojów odbiornika, a wydajność istotnie spadnie. Naukowcy starają się rozwiązać ten problem, zastępując sprawiający kłopoty zwój drutu czujnikami i mikrochipami, które lepiej potrafią dostosowywać rezonans w polu magnetycznym. „Być może w przyszłości energia będzie zamknięta  np. w blacie kuchennej szafki” – mówi Justin Rattner. I dodaje: „Nie trzeba będzie  podłączać ekspresu do gniazdka, żeby zaparzyć sobie kawę”.

Laboratoryjny laptop działa, korzystając już z energii dostarczanej mu przez odbiornik WREL. Na dowód tego baterię laptopa wyjęto i do zdjęcia ustawiono obok.

Laboratoryjny laptop działa, korzystając już z energii dostarczanej mu przez odbiornik WREL. Na dowód tego baterię laptopa wyjęto i do zdjęcia ustawiono obok.

Możliwe stanie się też zmienienie całej ściany w nadajnik WREL i rozciągnięcie pola magnetycznego na całe mieszkanie, co pozwoli bezprzewodowo zasilać wszystkie urządzenia w domu.  Dziś można już zmieścić rezonatory w laptopach, a wraz ze spadającym zużyciem energii (i postępującą miniaturyzacją) będzie je można również zainstalować w tak małych urządzeniach, jak netbooki, aparaty cyfrowe czy telefony komórkowe. A co z odpowiedzią na pytanie o ochronę przed promieniowaniem – czy człowiek może czuć się bezpiecznie, gdy tak dużo energii dosłownie wisi w powietrzu? W zasadzie zagrożenia nie ma. WREL bazuje przecież na falach magnetycznych, które w przeciwieństwie do wykorzystywanych w mikrofalówkach fal elektromagnetycznych o stałej częstotliwości (2,4 GHz) mają bardzo nieznaczny wpływ na nasze organizmy. Pole magnetyczne zawsze jednak wiąże się z promieniowaniem elektromagnetycznym, a to już nie jest nam obojętne. W laboratoriach Intela opracowuje się jednak takie konfiguracje częstotliwości, by tworzyć pola o minimalnym obciążeniu elektromagnetycznym. W końcu w polu powinny też działać wrażliwe na pole elektromagnetyczne urządzenia, na przykład dyski twarde. A co najważniejsze, gdy pierwszy produkt, w którym ją zastosowano technologię WREL, pojawi się na rynku, musi być ona całkowicie nieszkodliwa dla człowieka.

Przyszłość muzyki: Koniec z kablami i przewodami

Gdy tylko technologia WREL zostanie dopracowana na tyle, by nie było nawet cienia wątpliwości dotyczących kwestii bezpieczeństwa, znajdzie się dla niej mnóstwo zastosowań. Na przykład będzie można montować rozruszniki serca bez niewygodnego kabla biegnącego od baterii.

Ale bezprzewodowa transmisja energii może też odegrać istotną rolę w rozwoju technologii komputerowych. Jakże nęcąca jest wizja komputera, którego podzespoły nie są już zasilane dziesiątkami kabli, a jednym, bezprzewodowym łączem WREL. To samo tyczy się wszystkich pozostałych komponentów komputera i urządzeń peryferyjnych.

Być może już wkrótce bezprzewodowe zasilanie stanie się zwykłym zjawiskiem i spowszednieje nam równie szybko jak bezprzewodowy Internet WLAN.

Bezprzewodowe zasilanie: jak, kiedy i co z niego wyniknie
Joshua Smith, główny inżynier, z laboratorium Intela w Seattle

Joshua Smith, główny inżynier, z laboratorium Intela w Seattle

CHIP: Jak najprościej można wyjaśnić działanie technologii WREL?
Smith:
Na takie pytania lubimy odpowiadać, porównując WREL do śpiewaczki operowej. Może ona zbić szklankę jedynie siłą swojego wytrenowanego głosu, pod warunkiem że uda się jej wyemitować fale dźwiękowe o odpowiedniej częstotliwości. Szkło odbiera energię akustyczną z powietrza z taką intensywnością, że pęka. Technologia WREL działa podobnie. Tylko zamiast fal dźwiękowych używamy sygnału elektromagnetycznego.
CHIP:
Ile jeszcze czasu musi minąć, zanim będziemy mogli kupić urządzenia elektroniczne bez żadnych kabli?
Smith:
Istnieje już kilka urządzeń wykorzystujących bezprzewodową transmisję energii, na przykład bezprzewodowe szczoteczki do zębów. Zdążyły się już tak rozpowszechnić, że nawet nie zwracamy na nie uwagi. Myślę jednak, że wkrótce będziemy mieć również netbooki i laptopy działające na podobnej zasadzie – bez kabli.
CHIP:
Czy uważa Pan, że technologia WREL może odmienić nasz świat?
Smith:
Pracujemy nad tym, by bezprzewodowe przesyłanie energii było tak łatwe jak w przypadku bezprzewodowych szczoteczek do zębów – nieporęczne kable zasilania, wtyczki i kontakty staną się reliktami przeszłości, takimi jak ciągnięte przez konie bryczki albo gramofony na korbkę.