Jak metamateriały zwiększą bezprzewodową transmisję energii?

Kable zasilające to zmora współczesnego istnienia. Jeśli posiadasz komputer stacjonarny, telefon i być może odtwarzacz multimedialny, prawdopodobnie masz co najmniej jedno gniazdo zasilania, które wygląda jak złącze spaghetti.

Dlatego rośnie zainteresowanie bezprzewodową transmisją energii. Chipy RFID stały się wszechobecne w świecie zachodnim dzięki możliwości bezprzewodowego dostarczania im niewielkich ilości energii.

Ale było wiele bardziej ambitnych prób wymyślenia potężniejszych sposobów przekazywania mocy. Japończycy od dawna interesują się przesyłaniem energii z paneli słonecznych w kosmos na ziemię. Przy ograniczonych własnych zasobach naturalnych postrzegają to jako jeden ze sposobów zabezpieczenia dostaw energii.

Jednym z ograniczeń samolotów jest ilość paliwa, które mogą przenosić, więc podejmowano różne próby przesyłania do nich mocy za pomocą mikrofal i laserów. Niektórzy badacze przyglądali się nawet możliwości wystrzelenia i napędzania statku kosmicznego na czubku potężnej wiązki laserowej.

Bliżej domu pomysł bezprzewodowego ładowania urządzeń przenośnych, takich jak smartfony, laptopy i odtwarzacze multimedialne, jest oczywisty. A w ostatnich latach na rynku pojawiły się różne urządzenia do ładowania bezprzewodowego. Naukowcy wykazali nawet możliwość przesyłania energii przez pomieszczenie do tych maszyn.

Z wszystkimi tymi pomysłami wiąże się wiele problemów. Wiązki mikrofalowe i laserowe mogą przenosić znaczną moc, ale mają również tendencję do smażenia wszystkiego, co stanie im na drodze.

Ładowarki indukcyjne są bezpieczniejsze, ponieważ opierają się na efekcie rezonansowym między dwiema blisko siebie rozmieszczonymi cewkami. Ale w najlepszych czasach nie są one szczególnie wydajne, a ich wydajność spada z klifu wraz ze wzrostem odległości między cewkami. Z matematycznego punktu widzenia, jeśli odległość między cewkami wynosi d, sprawność przesyłu mocy jest odwrotnie proporcjonalna do d^6. Paskudny!

Dziś Yaroslav Urzhumov i David Smith z Duke University w Północnej Karolinie twierdzą, że istnieje sposób na radykalne ulepszenie tego za pomocą metamateriałów, dziwnych sztucznych materiałów, które naukowcy mogą wykorzystać do naginania fal elektromagnetycznych do swojej woli.

Jednym z pierwszych odkryć dotyczących metamateriałów około dziesięciu lat temu było to, że można je wykorzystać do stworzenia idealnej soczewki, czyli soczewki zdolnej do ogniskowania i wiązki elektromagnetycznej o rozdzielczości subfalowej. Innym sposobem powiedzenia tego jest to, że soczewka działa, gdy jest bliżej niż pojedyncza długość fali źródła.

Nowy pomysł jest stosunkowo prosty. Urzhumov i Smith po prostu proponują umieszczenie supersoczewki między dwiema cewkami w ładowarce indukcyjnej. I to wszystko.

Praca, którą dziś publikują, jest szczegółowym, teoretycznym opisem ulepszeń, jakie mógłby wprowadzić taki system. Mówią, że taka soczewka przybrałaby formę cienkiej, płaskiej płyty metamateriału i zwiększyłaby wydajność z odwrotnie proporcjonalnej do d^6 do odwrotnie proporcjonalnej do d^3.

W praktyce przekłada się to na duży wzrost wydajności. Mówią, że sprawność przenoszenia mocy z płytą może być o rząd wielkości większa niż sprawność w wolnej przestrzeni.

To wielka sprawa w dyscyplinie, w której inżynierowie walczą o zwiększenie wydajności o kilka procent.

Kiedy więc możemy się spodziewać takiego urządzenia? Urzhumov i Smith nie mówią, ale można zgadywać.

Smith jest jednym z najlepszych bananów w świecie metamateriałów – zbudował i zademonstrował pierwszą pelerynę-niewidkę w 2006 roku. W rzeczywistości zaprezentował urządzenie zaledwie kilka miesięcy po tym, jak po raz pierwszy pojawił się pomysł wykorzystania metamateriałów do produkcji pelerynek-niewidek. Najwyraźniej pracował nad tym przez jakiś czas, zanim opublikowano artykuł teoretyczny

Sensowne jest ukrywanie interesującego nowego pomysłu, dopóki nie dowiesz się, jak go zbudować (i chronić IP).

Więc sądząc po jego przeszłej formie, domyślam się, że Smith ma teraz działającą wersję swojego bezprzewodowego urządzenia do transmisji energii i że zademonstruje to publicznie w nadchodzących miesiącach.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1102.2281 : Ulepszone metamateriałem sprzężenie między dipolami magnetycznymi w celu wydajnego bezprzewodowego przesyłania energii

ukryć