Никола Тесла и беспроводная передача энергии

Никола Тесла известен многими вещами, помимо вдохновляющего названия компании по производству электромобилей — дизайн системы электроснабжения переменного тока (AC) и двигателя, возможно, является инновацией, которая затрагивает большинство людей и по сей день. Однако его мечтой было покончить с проводами и распределять электроэнергию по беспроводной сети — его башня Уорденклиф на Лонг-Айленде была, пожалуй, самым известным памятником этому нереализованному стремлению. Если бы Никола был жив сегодня, он, вероятно, был бы в восторге (и, возможно, консультировался) по поводу новой системы, разработанной исследователями в Южной Корее для безопасной передачи электроэнергии с помощью беспроводного лазера. Это работает? Как звучит передача на 30 метров (98 футов)? Получим ли мы от этого больше пользы, чем просто беспроводная зарядка наших мобильных телефонов? «Спрос на системы беспроводной передачи энергии (WPT) растет вместе с растущими потребностями в портативных электронных гаджетах, устройствах Интернета вещей, зарядных устройствах для электромобилей и мобильных телефонах. Кроме того, появление мобильной связи 5G, которая потребляет значительное количество энергии, порождает спрос на дальние, недорогие методы беспроводной передачи энергии с малой задержкой».

В новом исследовании, опубликованном в журнале Optics Express, исследовательская группа под руководством Джиньюнг Ха из Университета Седжонг в Южной Корее объясняет, что спрос на беспроводную электроэнергию в 2022 году обусловлен «гаджетами» и «5G» — двумя универсальными вещами. Тесле не нужно было помогать ему возбуждать интерес и финансировать его проекты беспроводной электроэнергетики. Хотя несколько попыток беспроводной передачи были успешными, они осуществлялись на короткие расстояния (менее метра) и были опасны для человека. Чтобы преодолеть эти сложные препятствия, Ха и его команда обратились к технологии под названием «распределенная лазерная зарядка». «Недавно была представлена усиливающая среда на основе волокна, легированного эрбием, работающая на длине волны 1550 нм на основе метода RBC, также называемого распределенной лазерной зарядкой (DLC) через свободное пространство. Подводя итог, можно сказать, что для проектирования эффективной системы БПЭ требуется эффективный источник света с малой расходимостью и высоким коэффициентом усиления, малой девиацией луча для больших расстояний, меньшим опасным диапазоном длин волн и высокой эффективностью преобразования оптической энергии фотоэлемента в электрическую».

К счастью, в пресс-релизе эта технология описана с точки зрения тех из нас, уровень оплаты труда которых намного ниже, чем могут понять Ха и его исследователи. В то время как традиционные лазеры используют оптические компоненты, интегрированные в один лазерный резонатор, распределенная лазерная зарядка разделяет устройство на передатчик и приемник. Когда между передатчиком и приемником есть прямая видимость, между ними по воздуху формируется лазерный резонатор, и между ними передается световая энергия. Для тех, кто видел, как лазерные лучи прорезают металл или лазерные мечи прорезают руки джедаев, есть функция безопасности для распределенной лазерной зарядки — если кто-то или что-то встает на пути лазера, система автоматически переключается в «энергобезопасный режим». ” Это звучит довольно примитивно и подвержено всевозможным блокировкам, но, похоже, это определение команды «безопасной» беспроводной подачи энергии. «Когда беспроводная связь будет идеально применена, вся земля превратится в огромный мозг, что на самом деле так и есть, поскольку все вещи являются частицами реального и ритмичного целого».

Мечта Николы Теслы была более элегантной, но мечта Ха доказуема и безопасна по сравнению с другими беспроводными идеями прошлого. Волоконный усилитель, легированный эрбием (источник оптической мощности), работает на длине волны, которая не вредит человеческим глазам или коже. Для дополнительной безопасности в системе использовался мультиплексирующий фильтр с разделением по длине волны, который создавал узкополосный луч с оптической мощностью в пределах безопасности для распространения в свободном пространстве (по воздуху). На другом конце приемник имеет ретрорефлектор, фотогальванический элемент для преобразования оптического сигнала в электрическую энергию и светодиод, который светится, когда система находится в режиме подачи энергии. доставляется. Чтобы удовлетворить требование, чтобы это была система, которая может питать «портативные электронные гаджеты, устройства Интернета вещей, зарядку электромобилей и мобильные телефоны», приемник был спроектирован так, чтобы он был достаточно мал, чтобы поместиться во все эти устройства. Когда передатчик и приемник работали, исследователи включили систему и начали перемещать их все дальше и дальше друг от друга, чтобы определить, насколько далеко будет работать эта система беспроводной передачи энергии, прежде чем сигнал станет слишком слабым.

«Результаты показали, что одноканальная беспроводная система передачи оптической энергии может создавать оптическую мощность 400 мВт при ширине линии канала 1 нм на расстоянии 30 метров». Проще говоря, передатчик мог питать устройства на расстоянии 100 футов, используя свет чрезвычайно низкой интенсивности, который не причинял вреда глазам тех, кто смотрел на него, и не обжигал руки, ноги или домашних животных, которые проходили через него. работы — вместо этого вход в «безопасный режим передачи энергии», как это и было задумано. Хотя расстояние впечатляет, это далеко от общегородского или мирового масштаба, о котором мечтал Никола Тесла. Тем не менее, Ха и его команда говорят, что эта беспроводная система передачи энергии уже сегодня имеет практическое применение.

«Использование лазерной системы зарядки для замены шнуров питания на заводах может сэкономить на обслуживании и расходах на замену. Это может быть особенно полезно в суровых условиях, где электрические соединения могут вызывать помехи или создавать опасность возгорания». Для тех, кто не работает на фабриках, другие практические приложения включают зарядку смартфонов на ходу — вместо того, чтобы быть привязанными к зарядным устройствам, телефоны и другие устройства могут заряжаться в любое время, когда они находятся в пределах видимости передатчика энергии. Это неудобно, если ваш телефон находится в кармане или сумочке, но это определенно шаг в правильном направлении. Согласился бы Никола Тесла? «Меня не волнует, что они украли мою идею. Меня волнует, что у них нет своих».

Хорошо, «беспроводная» часть — это его идея, но Ха и его команда не получили идею лазера от Теслы. Им придется выйти за пределы прямой видимости и 30-метрового расстояния, чтобы их система была практичной, но Никола, безусловно, был бы рад прогрессу в осуществлении его мечты о беспроводной доставке электроэнергии. То есть… если его не отвлекало все остальное, что происходило в мире, который он пытался осветить. Именно тогда проявилась философская сторона Николы Теслы — сторона, которую мы могли бы использовать немного больше сегодня. «Если бы твою ненависть можно было превратить в электричество, она осветила бы весь мир».

Источник