Gli scienziati hanno trovato un modo per trasmettere senza fili elettricità a un oggetto in movimento vicino.
Il metodo può avere applicazioni nel settore dei trasporti, dispositivi medici e altro ancora. Ad esempio, se le auto elettriche potessero ricaricare mentre si guida su un'autostrada, eliminerebbero praticamente le preoccupazioni sulla propria autonomia e abbasserebbero i costi, rendendo forse l'elettricità il carburante standard per i veicoli.
"Oltre a far avanzare la ricarica wireless di veicoli e dispositivi personali come i cellulari, la nostra nuova tecnologia potrebbe sconvolgere la robotica nella produzione, che è anche in movimento", dice Shanhui Fan, professore di ingegneria elettrica presso la Stanford University e autore senior del studia.
"In teoria, si potrebbe guidare per un tempo illimitato senza dover interrompere la ricarica ..."
"Abbiamo ancora bisogno di aumentare in modo significativo la quantità di elettricità trasferita per caricare le auto elettriche, ma potremmo non aver bisogno di spingere troppo la distanza", dice.
Il gruppo si è basato sulla tecnologia esistente sviluppata in 2007 al MIT per la trasmissione di elettricità in modalità wireless su una distanza di pochi metri a un oggetto fisso. Nel nuovo lavoro, il team ha trasmesso l'elettricità in modalità wireless a una lampadina a LED in movimento. Quella dimostrazione riguardava solo una carica 1-milliwatt, mentre le auto elettriche spesso richiedono decine di kilowatt per funzionare.
Il team sta ora lavorando per aumentare notevolmente la quantità di elettricità che può essere trasferita e per ottimizzare il sistema per estendere la distanza di trasferimento e migliorare l'efficienza.
Andando più lontano
La ricarica wireless risolverebbe un grosso inconveniente delle auto elettriche plug-in, il loro campo di guida limitato. Tesla Motors si aspetta che il suo prossimo Model 3 vada oltre le miglia 200 con una singola carica e Chevy Bolt, che è già sul mercato, abbia una gamma pubblicizzata di miglia 238. Ma le batterie dei veicoli elettrici in genere impiegano diverse ore per ricaricarsi completamente. Un sistema di ricarica come si guida supererebbe queste limitazioni.
"In teoria, si potrebbe guidare per un tempo illimitato senza dover interrompere la ricarica", spiega Fan. "La speranza è che sarai in grado di caricare la tua auto elettrica mentre stai guidando lungo l'autostrada. Una bobina nella parte inferiore del veicolo potrebbe ricevere elettricità da una serie di bobine collegate a una corrente elettrica incorporata nella strada. "
Alcuni esperti di trasporti prevedono un sistema di autostrada automatizzato in cui i veicoli elettrici senza conducente sono caricati in modalità wireless con energia solare o altre fonti di energia rinnovabile. L'obiettivo sarebbe quello di ridurre gli incidenti e migliorare drasticamente il flusso di traffico riducendo al contempo le emissioni di gas serra.
La tecnologia wireless potrebbe anche aiutare la navigazione GPS delle auto senza conducente. Il GPS è preciso fino a circa 35 piedi. Per sicurezza, le auto autonome devono trovarsi al centro della corsia in cui le bobine del trasmettitore dovrebbero essere incorporate, fornendo un posizionamento molto preciso per i satelliti GPS.
Realizzato con magneti
Il trasferimento di potenza wireless di fascia media si basa sull'accoppiamento di risonanza magnetica. Proprio come le principali centrali elettriche generano correnti alternate ruotando bobine di filo tra i magneti, l'elettricità che si muove attraverso i fili crea un campo magnetico oscillante.
Questo campo fa oscillare anche gli elettroni in una bobina di fili vicina, trasferendo quindi la potenza in modalità wireless. L'efficienza di trasferimento è ulteriormente migliorata se entrambe le bobine sono sintonizzate sulla stessa frequenza di risonanza magnetica e sono posizionate all'angolo corretto.
Tuttavia, il flusso continuo di elettricità può essere mantenuto solo se alcuni aspetti dei circuiti, come la frequenza, vengono regolati manualmente mentre l'oggetto si muove. Quindi, la bobina di trasmissione dell'energia e la bobina del ricevitore devono rimanere quasi stazionarie, oppure il dispositivo deve essere regolato automaticamente e in modo continuo, un processo molto complesso.
Per affrontare la sfida, il team di ricerca ha eliminato la sorgente di radiofrequenza nel trasmettitore e l'ha sostituita con un amplificatore di tensione disponibile in commercio e un resistore di retroazione. Questo sistema individua automaticamente la giusta frequenza per diverse distanze senza la necessità di interferenze umane.
"L'aggiunta dell'amplificatore consente di trasferire la potenza in modo molto efficiente su gran parte della gamma dei tre piedi e nonostante il cambiamento dell'orientamento della bobina di ricezione", afferma Sid Assawaworrarit, l'autore principale dello studio. "Questo elimina la necessità di sintonizzazione automatica e continua di qualsiasi aspetto dei circuiti."
Assawaworrarit ha testato l'approccio posizionando una lampadina LED sulla bobina di ricezione. In una configurazione convenzionale senza sintonizzazione attiva, la luminosità del LED diminuiva con la distanza.
Nella nuova configurazione, la luminosità rimase costante mentre il ricevitore si allontanava dalla sorgente di una distanza di circa tre piedi. La squadra di Fan ha recentemente depositato una domanda di brevetto per l'ultimo anticipo.
Il gruppo ha utilizzato un amplificatore standard, di uso generale, con un'efficienza relativamente bassa di circa 10 percento. Dicono che gli amplificatori su misura possono migliorare tale efficienza a più del 90 percento.
"Possiamo ripensare a come fornire elettricità non solo alle nostre auto, ma anche a dispositivi più piccoli sul o nei nostri corpi", afferma Fan. "Per qualsiasi cosa possa beneficiare della ricarica wireless dinamica, questo è potenzialmente molto importante."
Il Centro TomKat per l'energia sostenibile di Stanford ha sostenuto parte del lavoro.
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Fonte: Università di Stanford
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