29 سپتامبر 2021، توسط گیب چری، دانشگاه میشیگان – اتاق شارژ بی‌سیم در دانشگاه توکیو در حال ساخت. اعتبار: تاکویا ساساتانی
یک سیستم برق بی‌سیم که توسط محققان دانشگاه توکیو و دانشگاه میشیگان توسعه یافته است می‌تواند تلفن‌های همراه، چراغ‌ها و سایر دستگاه‌ها را با استفاده از میدان‌های مغناطیسی برای انتقال برق در هوا تغذیه کند. یک مطالعه اخیر نشان داد که این سیستم می‌تواند حداقل 50 وات قدرت تولید کند.
ما با آلنسون سمپل، استاد علوم کامپیوتر و مهندسی در U-M و نویسنده مقاله، به گفت‌وگو نشستیم تا دریابیم چگونه این همه قدرت می‌تواند در هوا حرکت کند بدون این که مردم را در مسیر خود به خطر اندازد.
چگونه تشخیص دادید که اتاق شارژ شما ایمن است؟
در ایالات متحده، محدودیت‌های ایمنی زیادی در مورد میزان و نوع انرژی الکترومغناطیسی که دستگاه‌های الکترونیکی می‌توانند ساطع کنند، داریم. آن‌ها توسط کمیسیون ارتباطات فدرال با راهنمایی موسسه ملی بهداشت و موسسه مهندسان برق و الکترونیک تنظیم شده‌اند.
برای این کار، ما از محدودکننده‌ترین استاندارد، نرخ جذب ویژه یا SAR استفاده کردیم. SAR اندازه گیری میزان جذب انرژی الکترومغناطیسی توسط بدن است. برای قرار گرفتن در معرض انتشار کنترل نشده، حد متوسط SAR کل بدن 0.08 وات بر کیلوگرم است و حداکثر حد برای هر نقطه از بدن 1.6 وات بر کیلوگرم است.
این محدودیت‌ها برای تلفن‌های همراه، مایکروویو – هر چیزی که انرژی الکترومغناطیسی ساطع می‌کند، اعمال می‌شود. برای این محدوده فرکانس، نگرانی ایمنی این است که انرژی زیاد الکترومغناطیسی می‌تواند بافت بدن را گرم کند.
برای اطمینان از اینکه شارژ از این محدوده فراتر نمی‌رود، ما از شبیه‌سازی رایانه‌ای استفاده کردیم تا مشخص شود فردی که در اتاق شارژ ایستاده چقدر انرژی را جذب می‌کند. ما دریافتیم که می‌توانیم حداقل 50 وات برق را از طریق هوا بدون عبور از محدوده SAR کل بدن یا یک نقطه انتقال دهیم.
انرژی‌ای که در اتاق شارژ شما در معرض آن قرار می‌گیرم در مقایسه با انرژی‌ای که هنگام استفاده از تلفن همراه در معرض آن هستم چگونه است؟
تلفن‌های همراه باید با استانداردهای SAR مشابهی که در مطالعه استفاده کردیم مطابقت داشته باشد. بنابراین اتاق شارژ شما را در معرض مقدار مساوی یا کوچک‌تر از انرژی در مقایسه با تلفن همراه قرار می‌دهد.
اما چگونه چیزی که قدرت کافی برای شارژ تلفن همراه من را دارد می‌تواند انرژی کمتری نسبت به خود تلفن همراه در معرض دید من قرار دهد؟
تلفن همراه شما از یک آنتن ساده برای انتشار انرژی الکترومغناطیسی در محیطی غیرقابل کنترل استفاده می‌کند و مانند همه وسایل الکترونیکی رایج، رابطه بین شدت میدان الکتریکی و مغناطیسی ثابت است. برای انتشار انرژی مغناطیسی بیشتر، تلفن باید انرژی الکتریکی بیشتری نیز ساطع کند. این بدان معناست که از نظر میزان انرژی که می‌تواند با خیال راحت ارائه دهد بسیار محدود است.
اتاق شارژ متفاوت است زیرا ما کنترل کل محیط را داریم. بنابراین ما یک سیستم از رساناها و خازن‌ها طراحی کردیم که رابطه بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را تغییر می‌دهد. این میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که در کل اتاق منتشر می‌شود، اما میدان الکتریکی را محدود به خازن‌های قرار داده شده در دیوارها می‌کند. به این ترتیب، میدان مغناطیسی می‌تواند قدرت را بدون قرار دادن افراد در اتاق در معرض میدان الکتریکی قوی قرار دهد.
علاوه بر این، اتاق شارژ با فرکانس بسیار کمتری نسبت به تلفن همراه کار می‌کند. بنابراین میدان‌های الکتریکی موجود در بدن کمتر از میدان‌های موبایل با بدن تعامل دارند. سرانجام، تلفن‌های همراه درست در بالای سر شما قرار گرفته‌اند، بنابراین آن‌ها منبع متمرکزتری از انرژی الکترومغناطیسی هستند.
چه آزمایشی اضافی لازم است تا چیزی شبیه به این در دسترس تجاری قرار گیرد؟
ما با آن فاصله زیادی داریم. یک دستگاه تجاری نیاز به تأیید کامل FCC دارد و علاوه بر SAR عوامل بیشتری را بررسی می‌کند – مانند مدت و زمان، مدل استفاده، همه این موارد.
اما هدف این پروژه ساختن محصولی نبود که آماده پخش اولیه باشد. برای پاسخ به این سوال «آیا می‌توان با خیال راحت مقادیر مفید برق بی‌سیم را در کل اتاق پخش کرد؟» و به نظر می‌رسد پاسخ این سوال «بله» است. ممکن است ما از میزان دقیق توان تولیدی نهایی مطلع نباشیم، اما این مطالعه اولیه به ما اطمینان می‌دهد که به جلو حرکت می‌کنیم.
گام‌های بعدی ما اصلاح سیستم و توسعه برخی برنامه‌های کاربردی اولیه است که می‌توانند از این فناوری در مقیاس کوچک استفاده کنند – به عنوان مثال، ما در حال بررسی جعبه‌های ابزار هستیم که به طور بی‌سیم ابزارهای داخل آن را شارژ می‌کنند، بی‌سیم ایمپلنت‌های پزشکی و روبات‌های کوچک را تغذیه می‌کنند و دسته‌ای از آن‌ها را شارژ می‌کنند.
توسعه فناوری جدید یک فرایند بسیار طولانی است، اما مهم این است که به جلو حرکت کنید. ما این کار را انجام می‌دهیم و من از آن‌چه در انتظار شارژ بی‌سیم است، هیجان زده هستم.
