211service.com
Een draadloos aangedreven gloeilamp
Onderzoekers van het MIT hebben aangetoond dat het mogelijk is om een gloeilamp van 60 watt draadloos van stroom te voorzien die op ongeveer twee meter afstand van een stroombron zit. Met behulp van een opmerkelijk eenvoudige opstelling - in feite bestaande uit twee metalen spoelen - hebben ze voor het eerst aangetoond dat het haalbaar is om zoveel vermogen efficiënt over zo'n afstand te sturen. Het experiment maakt de weg vrij voor het draadloos opladen van batterijen in laptops, mobiele telefoons en muziekspelers, en voor het doorsnijden van de elektrische snoeren van huishoudelijke apparaten, zegt Marin Soljačić , hoogleraar natuurkunde aan het MIT, die het team leidde met hoogleraar natuurkunde John Joannopoulos .
Het snoer doorknippen: MIT-onderzoekers hebben aangetoond dat het mogelijk is om een gloeilamp van 60 watt draadloos van stroom te voorzien vanaf twee meter afstand. Hierboven creëert een spoel (achtergrond) een magnetisch veld dat door een obstakel kan gaan. De spoel op de voorgrond resoneert met de frequentie van het magnetische veld en neemt zijn energie op om de lamp van stroom te voorzien.
Het onderzoek, gepubliceerd in de 7 juni-editie van Wetenschap Express (de online publicatie van Wetenschap magazine), is de experimentele demonstratie van een theorie die afgelopen november door het MIT-team is geschetst. (Zie Batterijen opladen zonder kabels .) We hadden veel vertrouwen in de theorie, zegt Soljačić. En experiment bevestigde inderdaad dat dit werkte zoals voorspeld.
De opzet is eenvoudig, legt Andre Kurs uit, een afgestudeerde MIT-student en de hoofdauteur van het artikel. Twee koperen helices, met een diameter van 60 centimeter, zijn van elkaar gescheiden door een afstand van ongeveer twee meter. De ene is aangesloten op een stroombron - effectief aangesloten op een muur - en de andere is aangesloten op een gloeilamp die wacht om te worden ingeschakeld. Wanneer de stroom van de muur is ingeschakeld, creëert elektriciteit van de eerste metalen spoel een magnetisch veld rond die spoel. De spoel die aan de gloeilamp is bevestigd, pikt het magnetische veld op, dat op zijn beurt een stroom creëert in de tweede spoel, waardoor de lamp wordt ingeschakeld.
Dit type energieoverdracht is vergelijkbaar met een bekend fenomeen dat magnetische inductieve koppeling wordt genoemd en dat wordt gebruikt in vermogenstransformatoren. Het MIT-schema is echter enigszins anders omdat het is gebaseerd op iets dat resonante koppeling wordt genoemd. Transformatorspoelen kunnen alleen stroom overdragen als ze centimeters van elkaar verwijderd zijn - verder niet, en de magnetische velden beïnvloeden elkaar niet op dezelfde manier. Om de MIT-onderzoekers een bereik van twee meter te laten bereiken, legt Soljačić uit, gebruikten ze spoelen die resoneren met een frequentie van 10 megahertz. Wanneer de elektrische stroom door de eerste spoel vloeit, produceert deze een magnetisch veld van 10 megahertz; aangezien de tweede spoel op dezelfde frequentie resoneert, kan hij het veld oppikken, zelfs van relatief ver weg. Als de tweede spoel op een andere frequentie zou resoneren, zou de energie van de eerste spoel zijn genegeerd.
De aanpak van de onderzoekers, zegt Soljačić, maakt ook de energieoverdracht efficiënt. Als ze stroom zouden uitzenden vanaf een antenne op dezelfde manier als informatie draadloos wordt verzonden, zou het meeste van het vermogen worden verspild omdat het in alle richtingen wegstraalt. Met de methode die wordt gebruikt om informatie over te dragen, zou het inderdaad moeilijk zijn om voldoende energie te verzenden om nuttig te zijn voor het aandrijven van gadgets. Daarentegen gebruiken de onderzoekers wat bekend staat als niet-stralingsenergie die in de buurt van de spoelen is gebonden. In deze eerste demonstratie lieten ze zien dat het schema vermogen kan overdragen met een efficiëntie van 45 procent.
Draadloze energieoverdracht is een idee dat al meer dan 100 jaar oud is. In de jaren 1890 stelde natuurkundige en elektrotechnisch ingenieur Nikola Tesla voor om elektriciteit door de lucht te stralen. Kort daarna werden stroomkabels echter het algemeen geaccepteerde middel om elektriciteit over afstanden te transporteren. Maar met de wijdverbreide acceptatie van kleine, draagbare apparaten met batterijen die constant moeten worden opgeladen, richt de aandacht van mensen zich weer op draadloze stroom. In feite, de startup Powercast , gevestigd in Ligonier, PA, heeft, met een andere benadering dan die van het MIT-team, een draadloos voedingssysteem ontwikkeld dat lage wattages kan overbrengen over een afstand van ongeveer een meter. Om te beginnen richt het bedrijf zich op apparaten met een laag stroomverbruik, zoals sensoren, maar het hoopt in de toekomst meer energieverslindende gadgets te krijgen.
Een zorg die mensen kunnen hebben, zegt: Sir John Pendry , hoogleraar natuurkunde aan het Imperial College in Londen, is gezondheidseffecten. Er zullen veiligheidsproblemen zijn, echt of ingebeeld, zegt hij. De kracht moet immers op de een of andere manier door de ruimte gaan en door alle lichamen die op zijn pad liggen. Het [MIT]-team heeft dit probleem geminimaliseerd door ervoor te zorgen dat de stroom voornamelijk in de vorm van een magnetisch veld is, een vorm van energie waarvoor het lichaam bijna volledig ongevoelig is.
Op basis van berekeningen is Soljačić van mening dat de regeling veilig is, zelfs voor mensen met geïmplanteerde medische apparaten, zoals pacemakers. Hoewel de onderzoekers geen gedetailleerd onderzoek hebben gedaan om te testen hoe het systeem pacemakers beïnvloedt, zegt Soljačić dat ze niet verwachten dat het sterk zal interageren met objecten die niet resoneren op dezelfde frequenties die worden gebruikt om stroom over te dragen.
Op dit moment heeft het team een aantal patenten aangevraagd en is het van plan om de technologie te commercialiseren, hoewel de onderzoekers verwachten dat het nog wel een paar jaar kan duren voordat apparaten met dergelijke draadloze voedingssystemen de consument zullen bereiken. In de tussentijd onderzoekt het team verschillende materialen en alternatieve spoelgeometrieën om te proberen het bereik uit te breiden en het vermogen op te voeren.