Wyobraźmy sobie rzeczywistość, w której inteligentne urządzenia – czujniki w domach, termostaty czy aparatura medyczna – działają bez przerwy. Nie wymagają już wymiany baterii. Choć brzmi to jak wizja rodem z literatury science fiction, badacze z Instytutu Nauki w Tokio opracowali pewien system. Potrafi on przesyłać energię elektryczną poprzez skupioną wiązkę światła i otwiera drogę do świata pozbawionego kabli.
Światło zamiast lasera – bezpieczeństwo, prostota i adaptacja
Dotychczasowe próby bezprzewodowego przesyłania energii często opierały się na laserach. Działały skutecznie, ale były ryzykowne dla ludzi i wymagały specjalnych zabezpieczeń. Lasery są używane w telekomunikacji czy medycynie, ale w kontekście przesyłania energii stwarzają zagrożenie dla oczu i skóry. Dlatego zespół badawczy z Tokio postawił na diody LED emitujące podczerwień. Mają one niższą gęstość mocy, są bezpieczniejsze, tańsze i można je łatwo wbudować w zwykłe lampy. Co więcej, LED-y działają długo i kosztują niewiele, dlatego inżynierowie mogą wdrażać tę technologię na dużą skalę. Można sobie wyobrazić, iż w przyszłości lampy w biurze czy w domu będą nie tylko oświetlać pomieszczenie. Jednocześnie mogą zasilać wszystkie urządzenia w zasięgu – od czujników IoT po sprzęt codziennego użytku.
Energia w postaci światła trafia na małe ogniwa słoneczne w urządzeniu, które zamieniają ją na prąd. Aby wiązka była dokładna choćby z kilku metrów, używa się specjalnych soczewek. Jedna jest stała, a druga potrafi zmieniać ostrość w locie. To sprawia, iż plamka światła zawsze trafia w odbiornik, choćby jeżeli urządzenie się porusza. Do tego dochodzi kamera i sztuczna inteligencja, które pilnują, żeby światło było skierowane dokładnie tam, gdzie trzeba.
System zasilania energią może działać w dzień i w nocy / Źródło: Tokyo Institute of TechnologySystem pracuje zarówno w dzień, jak i w nocy. W jasnym otoczeniu wykorzystuje zwykły obraz, a po zmroku przełącza się na podczerwień i retroreflektory, które odbijają światło, dzięki czemu kamera łatwo je wykrywa. Dzięki temu urządzenia mogą być zasilane bez przerwy, niezależnie od warunków. Podobne rozwiązania testowano już w magazynach i fabrykach, gdzie czujniki IoT muszą działać nieprzerwanie, a wymiana baterii byłaby zbyt kosztowna. To trochę jak latarka, która zamiast świecić, ładuje – zawsze trafia w cel i dostarcza energię.
Wydajność i perspektywy rozwoju
Na razie sprawność systemu wynosi trochę ponad połowę energii wysłanej w wiązce. Straty biorą się z tego, iż część światła rozprasza się poza soczewkę, a część pochłania sama soczewka, która dodatkowo zmienia ostrość, gdy się nagrzewa. Naukowcy z Tokio pracują nad lepszymi diodami LED, nowymi materiałami soczewek i sposobami kontrolowania temperatury. Dzięki temu sprawność może wzrosnąć choćby do 80 procent.
Termogram nagrzanej soczewki / Źródło: Tokyo Institute of TechnologyJeśli tak się stanie, technologia będzie praktyczna i konkurencyjna wobec tradycyjnego zasilania. Wtedy bezprzewodowe ładowanie podczerwienią będzie czymś oczywistym – niewidzialną usługą, która zasila urządzenia tam, gdzie są potrzebne, bez kabli i bez ryzyka. Można sobie wyobrazić, iż w przyszłości telefon, zegarek czy czujnik IoT w fabryce będą działały nieprzerwanie, bo energia będzie dostarczana w tle, tak jak dziś działa Wi‑Fi.
Źródło: Tokyo Institute of Technology, Notebookcheck / Zdj. otwierające: Unsplash (@dellutriyuriy6)
