موفقیت پژوهشگران در انتقال بی سیم انرژی برق به ادوات متحرک

دانشمندان توانسته‌‌اند سیستمی عملی و پربازده برای شارژ بی‌‌سیم تجهیزات متحرک طراحی کنند که احتمالا آینده‌‌ی صنعت خودروهای الکتریکی، ربات‌‌ها و پهپادها را متحول خواهد کرد.

امروزه تکنولوژی شارژ بی‌‌سیم ازجمله فناوری‌‌های نام‌‌آشنا در صنعت گوشی‌‌های هوشمند به‌‌شمار می‌‌آید؛ ولی آنچه که دانشمندان به‌دنبال آن هستند، سطح بالاتری از این فناوری با قابلیت تأمین انرژی در فواصل دورتر و برای اشیا در حال حرکتی نظیر خودروها است.

تصور کنید با خودروی الکتریکی خود در حال حرکت در جاده هستید و هم‌زمان باتری خودرویتان نیز در حال شارژشدن باشد یا ربات‌‌هایی را تصور کنید که هرگز هنگام جابجایی در محیط کارخانه‌‌ها با مشکل اتمام شارژ باتری‌های خود مواجه نشوند. این می‌‌تواند همان چشم‌‌اندازی باشد که درصورت موفقیت تیم فعلی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد، دیگر رؤیایی دور از دسترس محسوب نخواهد شد.

البته فناوری یادشده پیش‌‌تر در سال ۲۰۱۷ نیز معرفی شده بود؛ اما این‌‌بار بازدهی و توان آن بالاتر رفته و البته کاربردی‌‌تر نیز شده است؛ بنابراین انتظار می‌‌رود دیر یا زود شاهد خروج این فناوری از فاز آزمایشگاهی  و ورود آن به مرحله‌ی تجاری‌سازی باشیم. سانهوی فن، از مهندسان برق دخیل در پروژه‌‌ی فعلی می‌‌گوید:

این به‌‌منزله‌‌ی گامی مهم درجهت توسعه‌‌ی یک سیستم عملی و پربازده برای شارژ بی‌‌سیم خودروها و ربات‌‌ها خواهد بود؛ حتی در مواقعی که این تجهیزات با سرعت بالایی در حال حرکت باشند. ما باید تنها توان سامانه را افزایش دهیم تا قادر به شارژ یک خودرودر حال حرکت شویم و من فکر نمی‌‌کنم مانع بزرگی در این مسیر وجود داشته باشد. برای شارژ ربات‌‌ها نیز این فناوری همین حالا قابل‌‌استفاده است.

فناوری انتقال بی‌‌سیم الکتریسیته براساس روش تولید میدان‌‌های مغناطیسی متناوب کار می‌‌کند. این میدان‌‌های نوسان‌‌کننده باعث نوسان الکترون‌‌ها در یک فرکانس خاص می‌‌شوند. مشکل اینجا بود که این فرکانس برای اشیا در حال حرکت، ثبات ندارند. برای همین است که گوشی‌‌های هوشمند امروزی برای شارژشدن نیاز به قرارگیری در یک جایگاه ثابت مخصوص (به‌‌عنوان پد شارژ) دارند.

پژوهشگران دانشگاه استفورد در سال ۲۰۱۷ موفق شده بودند باکمک یک آمپلی‌‌فایر و حلقه‌‌ی فیدبک مقاومتی، میزان فرکانس کاربری دستگاه را در حین حرکت دریافت‌‌کننده تنظیم کنند. در آن زمان، دستگاه تنها قادر به دریافت ۱۰ درصد از توان ارسالی ازسوی فرستنده بود. اما این‌‌بار آن‌‌ها موفق شده‌‌اند بازدهی سامانه را به ۹۲ درصد برسانند. چنین جهش چشمگیری در میزان بازدهی مرهون به‌‌کارگیری یک آمپلی‌‌فایر سوئیچینگ جدید است که به‌‌دلیل دقت بالا و پیچیدگی بسیار، برای طراحی آن بیش از سه سال زمان صرف شد.

ایده‌‌ی اصلی طراحی هنوز براساس فناوری ارائه‌‌شده در سال ۲۰۱۷ است. با حرکت گیرنده، فرکانس متغیر توان ارسالی از فرستنده تنظیم می‌‌شود. این سامانه در حال حاضر می‌‌تواند میزان ۱۰ وات توان را تا فاصله‌‌ای به‌‌اندازه‌‌ی ۶۵ سانتی‌‌متر ارسال کند؛ اما پژوهشگران می‌‌گویند دلیلی نمی‌‌بینند که نتوان ابعاد فعلی سیستم را تا مقیاس‌‌های بسیار بزرگ‌‌تر افزایش داد.

خودروهای برقی برای شارژ شدن نیاز به صدها کیلووات توان دارند و خوشبختانه سیستم نوظهور درصورت استفاده در سطح جاده‌‌ها از سرعت کافی برای فراهم‌‌کردن این میزان توان برخوردار است. تنها محدودیت پیش‌‌رو احتمالا سرعت باتری‌‌ها در جذب این میزان انرژی در سرعت‌‌های بالا خواهد بود.

یکی دیگر از کاربردهای احتمالی فناوری یادشده، قابلیت شارژ باتری ربات‌‌های مشغول در محیط کارخانه‌‌ها باکمک پدهای مخصوص نصب‌‌شده روی کف زمین است. همچنین این کاربری می‌‌تواند شامل حال پهپادهایی شود که با حرکت در نزدیکی سقف محیط‌‌های سربسته می‌‌توانند انرژی لازم را به‌‌صورت بی‌‌سیم از طریق شارژهای سقفی دریافت کنند. درصورت عملیاتی‌‌شدن این فناوری، احتمالا دیگر نیازی نخواهد بود که ربات‌‌ها یا پهپادها برای شارژ به ایستگاه‌‌های ثابت خود بازگردند و عملا امکان فعالیت بی‌‌وقفه‌‌ی این‌گونه تجهیزات فراهم خواهد شد.

اما در این میان موانعی نیز به‌‌چشم می‌‌خورند که شاید یکی از مهم‌‌ترین آن‌‌ها، هزینه‌‌ی بالای پیاده‌‌سازی آن در حال حاضر باشد. با این حال، فناوری یادشده (دست‌کم در مقیاس نمونه‌‌ی اولیه) همین حالا نیز دردسترس است. به‌‌گفته‌‌ی دانشمندان، فرکانس کاری دستگاه در محدوده‌‌ی کاملا بی‌‌خطر برای سلامت انسان قرار می‌‌گیرد.

ما اکنون به فناوری مهمی دست یافته‌‌ایم که می‌‌تواند امکان انتقال بی‌‌سیم انرژی برق آن‌هم برای تجهیزات در حال حرکت فراهم کند؛ موضوعی که شاید انقلابی واقعی در نحوه‌‌ی کاربری گجت‌‌ها و حتی حمل‌‌ونقل جهانی ایجاد کند. پژوهشگران در مقاله‌‌ی اخیر خود در Nature Electronics چنین اظهار داشته‌‌اند که:

به‌‌منظور بهره‌‌گیری کامل از مزایای فناوری انتقال بی‌‌سیم توان بسیار مهم است که یک طرح پایدار و پربازده برای ارسال توان به تجهیزات در حال حرکت ارائه کنیم.