Ostatnie pięć lat kabli

Po technologiach bezprzewodowej transmisji danych nadchodzi czas bezprzewodowych systemów przesyłu energii elektrycznej.

Po technologiach bezprzewodowej transmisji danych nadchodzi czas bezprzewodowych systemów przesyłu energii elektrycznej.

Miniona dekada przyniosła ogromny rozwój technologii radiowych transmisji danych. Mimo swojej różnorodności, systemy takie osiągnęły znaczny stopień dojrzałości. Stają się coraz szybsze i coraz bardziej popularne przez wygodę użytkowania. Jako takie napędzają rozwój rynku urządzeń mobilnych i pośrednio wywierają duży wpływ na globalną gospodarkę. Ostatnią przeszkodą w drodze do osiągnięcia pełnej mobilności pozostały jednak wszechobecne kable zasilające. Także ta, pewnego rodzaju smycz, może niebawem zniknąć.

Badania nad stworzeniem mechanizmów umożliwiających przekazywanie energii elektrycznej bez pośrednictwa przewodników trwają w zasadzie od końca XVIII wieku. Dotychczas za najbardziej interesujące uznawano technologie wykorzystujące zjawisko promieniowania elektromagnetycznego i fal o wysokiej częstotliwości.

Wyeliminować przewody

Od kilku lat na rynku dostępne są, oparte na indukcyjności, urządzenia umożliwiające bezprzewodowe zasilanie urządzeń elektrycznych. Mają one jednak zasadniczą wadę - zbyt mały zasięg. Myszki komputerowe zasilane za pośrednictwem specjalnej podkładki oraz różnego rodzaju systemy umożliwiające podładowanie akumulatora elektrycznej szczoteczki do zębów lub telefonu komórkowego wymagają fizycznego kontaktu z powierzchnią, pod którą ukryta jest cewka indukcyjna. Z kolei urządzenia wykorzystujące promieniowanie o wysokiej częstotliwości, mikrofalowe są szkodliwe dla zdrowia, zaś prototypowe systemy przekazywania energii za pośrednictwem lasera mają niską sprawność.

Wszystko może ulec zmianie na skutek technologii zaproponowanej przez profesora Marina Soljačića z Massachusetts Institute of Technology. Technika WiTricity wykorzystująca zjawisko rezonansu elektromagnetycznego może stać się pierwszym, naprawdę efektywnym sposobem przekazywania energii elektrycznej bez pośrednictwa przewodników. W odróżnieniu od innych technologii wykorzystuje drgania o niższej częstotliwości. Według naukowców, odpowiednio zestrojony układ rezonansowy charakteryzuje się relatywnie niewielkim wzrostem strat w miarę zwiększania odległości między rezonującymi obiektami. Właśnie ten czynnik ma odróżniać rozwiązania oparte na rezonansie magnetycznym od technik transmisji energii wykorzystujących fale o wysokiej częstotliwości. W przyszłości za pośrednictwem odpowiednich układów rezonansowych możliwe byłoby także przesyłanie informacji.

Istotne wsparcie giganta

W prace nad stworzeniem efektywnego rozwiązania umożliwiającego zdalne zasilanie urządzeń elektronicznych aktywnie zaangażował się Intel. Inżynierowie giganta wsparli zespół naukowców MIT w pracach nad rozwojem technologii WiTricity. Na jej podstawie stworzono system łączy rezonansowych Wireless Resonant Energy Link (WREL). Stanowi on praktyczne wykorzystanie założeń opracowanych przez naukowców i jest oparty na zjawisku sprzężenia indukcyjnego magnetycznego pola bliskiego.

Współpraca naukowców z inżynierami Intela zaczyna przynosić pierwsze owoce. Udało się znacznie podnieść sprawność łączy WREL przy zwiększeniu ich rzeczywistego zasięgu. Jeszcze w zeszłym roku przedstawiciele MIT twierdzili, że sprawność takiego systemu przesyłania prądu wynosi ok. 40%. Tymczasem rzeczywista sprawność łączy WREL zestawionych na odległość rzędu kilku metrów wynosi ponad 75%. Taki poziom sprawności oznacza, że marnotrawiona jest czwarta część wysłanej energii. Podobną sprawnością charakteryzują się niższej klasy zasilacze komputerowe. Przy odległości kilkudziesięciu centymetrów sprawność układu rezonatorów WREL wynosi ok. 90%. W związku z tym realne straty energii mogłyby być dla użytkowników praktycznie nieodczuwalne, a dzięki odpowiedniej budowie rezonujących przekaźników miedzianych oraz dokładnemu dostrojeniu częstotliwości drgań możliwe jest przesyłanie energii elektrycznej nawet na odległość 10 metrów.

Możliwość wyboru częstotliwości drgań rezonatorów w pewnym stopniu pozwala na ograniczenie liczby jednoczesnych odbiorników prądu. Poza tym energia przesyłana w ten sposób ma w minimalnym stopniu oddziaływać na istoty żywe i obiekty znajdujące się w bezpośrednim otoczeniu. W związku z tym rozwiązania oparte na technologii WREL mogą okazać się bezpieczniejsze od klasycznych technik przesyłania prądu opartych na zjawisku indukcji magnetycznej. Energia dostarczana będzie tylko do odbiorników wyposażonych w rezonatory drgające w odpowiednim zakresie częstotliwości. Ze wstępnych analiz wynika również, że nowa technologia spełnia kryteria m.in. Federalnej Komisji Łączności (FCC).

Podczas konferencji Intel Developer Forum po raz pierwszy zaprezentowano technologię szerokiemu gronu odbiorców. Do prezentacji wykorzystano m.in. dwie cewki miedziane o średnicy ok. 60 cm. Jedną z nich podłączono do źródła prądu, do drugiej zaś dołączono żarówkę o mocy 60 W. Po uruchomieniu rezonatorów ustawione idealnie równolegle cewki zaczęły drgać z częstotliwością ok. 10 MHz, a żarówka zaczęła świecić. Nie wiadomo niestety, jaki maksymalny prąd będą w stanie przekazywać podobne rezonatory w przyszłości. Jednak już na podstawie wstępnych prezentacji można być niemal pewnym, że już dziś jest to energia wystarczająca do ładowania, a być może nawet zasilania komputera przenośnego.

Bezprzewodowa przyszłość

Wireless Resonant Energy Link stanowi praktyczne wykorzystanie WiTricity i jest oparty na zjawisku sprzężenia indukcyjnego magnetycznego pola bliskiego.Justin Rattner, wiceprezes ds. technologicznych koncernu uważa, że w przyszłości łącza WREL będą mogły funkcjonować na większych odległościach. Jego zdaniem, wynikające z wykorzystania bezprzewodowych systemów zasilania korzyści w postaci zwiększonej ergonomii i mobilności już dziś przewyższają straty energetyczne wynikające z relatywnie niskiej sprawności. Według zapewnień przedstawicieli koncernu, obecnie realizowane prace koncentrują się nad podniesieniem efektywności i sprawności rezonansowych łączy elektrycznych oraz zwiększeniem zasięgu transmisji. Najprawdopodobniej w pierwszej kolejności technologia znajdzie zastosowanie głównie w rozwiązaniach niszowych - m.in. urządzeniach i implantach medycznych oraz systemach alarmowych.

W przyszłości nowa technologia może sprawdzić się w innych zastosowaniach, a zaangażowanie Intela może przyspieszyć jej popularyzację. Według nieoficjalnych informacji, stosowne układy mają stać się częścią jednej z następnych odsłon platformy sprzętowej Intel Centrino. Być może właśnie w ślad za działaniami firmy Intel w rozwój technologii rezonansowego przesyłania prądu zaangażują się również inne firmy. W przeszłości podobna sytuacja miała miejsce w odniesieniu do standardu Wi-Fi. W związku z tym jest bardzo prawdopodobne, że za sprawą firmy Intel rozwiązanie zaproponowane przez teoretyków MIT upowszechni się. Można wręcz spodziewać się, że stopniowo rezonatory WREL będą zastępowały wszechobecne dziś zasilacze, listwy i przewody zasilające. Zwłaszcza w zastosowaniach konsumenckich - tak jak technologie bezprzewodowej transmisji danych wypierają sieci przewodowe. Otwartym pozostaje raczej pytanie, kiedy to nastąpi. Według przedstawicieli Intela, technologia ma trafić do użytku w ciągu najbliższych pięciu lat.