Ток без проводници. Към нов свят на безжично електричество

В края на 19 век откритието, че електричеството може да се използва за светене на крушка, предизвика експлозия от изследвания, насочени към намиране на най-добрия начин за предаване на електричество.

Начело на надпреварата беше известният физик и изобретател Никола Тесла, който разработи грандиозен проект. Неспособен да повярва в реалността на създаването на колосална мрежа от проводници, обхващащи всички градове, улици, сгради и стаи, Тесла стигна до извода, че единственият възможен метод за предаване е безжичен. Той проектира кула с височина приблизително 57 метра, която трябваше да предава енергия на разстояние от много километри и дори започна да я изгражда на Лонг Айлънд. Проведена е поредица от експерименти, но липсата на пари не позволява завършването на кулата. Идеята за предаване на енергия по въздух беше разпръсната веднага щом се оказа, че индустрията е в състояние да разработи и внедри кабелна инфраструктура.

И сега, преди няколко години, доцентът от катедрата по физика в Масачузетския технологичен институт (MIT) Марин Солячич беше събуден от сладък сън от настойчивите викове на мобилен телефон. „Телефонът не спря, изискваше да го накарам да зарежда“, казва Солячич. Уморен и няма да стане, той започна да мечтае, че телефонът, бидейки вкъщи, започва да се зарежда сам.
Солячич започна изследвания за начини за прехвърляне на енергия без проводници. Той се отказа от проектите за предаване на енергия на дълги разстояния като проекта Tesla и се съсредоточи върху методи за предаване на енергия на къси разстояния, които биха позволили зареждане или дори включване на портативни устройства - мобилни телефони, PDA, лаптопи.
Отначало той обмисли възможността да използва радиовълни, които предават информация толкова ефективно на разстояние, но откри, че в този случай по-голямата част от енергията ще се разсейва в пространството. Използването на лазер изисква източникът на енергия и презареждащото се устройство да бъдат в зрителното поле един на друг, без да има пречки между тях. В допълнение, този метод е изпълнен с повреди по обектите, попаднали в електропровода. Следователно Солячич започна да търси метод за предаване, който би бил едновременно ефективен, тоест способен да предава енергия, без да я разпръсква, и безопасен.
В крайна сметка той се спря на феномена на резонансното свързване, когато два обекта, настроени на една и съща честота, интензивно обменят енергия помежду си, като същевременно взаимодействат слабо с други обекти. Класическа илюстрация на този ефект е опитът с няколко чаши, пълни с вино, всяка на различно ниво от останалите. В резултат на това за всяка чаша има уникална честота на звука, която причинява вибрации. Ако певец вземе забележка с подходящата честота, една от чашите може да получи такава доза акустична енергия, че да се разпадне, а останалите очила ще останат непокътнати.
Солячич разбра, че магнитният резонанс е обещаващ начин за прехвърляне на електричество. Магнитното поле се разпространява свободно в пространството и с правилните честоти е безвредно за живите същества. Работейки заедно с преподавателите по физика на MIT Джон Йоанопулос и Питър Фишър и трима студенти, той разработи просто устройство, което запали 60-ватова крушка безжично.
Устройството се състоеше от две медни намотки с резонанс, окачени от тавана на разстояние около два метра. Една бобина беше свързана към източник на променлив ток и създаде магнитно поле. Втора намотка, настроена на същата честота и свързана с крушката, резонираща в магнитно поле, генерира ток, запалващ крушката. Устройството работеше дори когато между бобините беше поставена тънка стена.

Прави впечатление, че инсталацията дори не изисква директна видимост между приемника и предавателя. Като експеримент между тях бяха поставени картонени и железни листове, но това не се отрази на подаването на ток.
Най-ефективният от устройствата, създадени към този момент, се състои от 60-сантиметрови медни намотки и магнитно поле с честота 10 мегагерца. Тя ви позволява да предавате енергия на разстояние от два метра с 50-процентова ефективност. Изследванията се провеждат със сребро и други материали, за да се намали размерът на рулоните и да се увеличи ефективността. Солдачич се надява да постигне 70-80 процента ефективност на предаване.

Физиците от Масачузетс обясняват, че принципът на инсталацията се основава на резонансния механизъм, тоест явление, което предизвиква вибрации в обект, когато е изложено на енергия с определена честота. Когато обаче два обекта имат еднакви резонансни показатели, те могат да обменят енергия и по никакъв начин не влияят на околните обекти.

В природата има много примери за резонанс. Най-известният пример за резонанс е, когато няколко еднакви стъклени чаши се напълнят с различни количества вода, ако всяка чаша се почука с метална лъжица, тогава всяка чаша ще издава уникален звук.

Вместо акустичен резонанс, физиците използваха честотен резонанс на електромагнитни вълни в WiTricity. В инсталацията и двете намотки резонират в честотен диапазон от 10 MHz и обменят електричество и колкото по-дълго е взаимодействието между елементите, толкова повече ток идва в приемника. Освен това, колкото по-малък е резонансният диапазон, толкова по-голям е диапазонът на дължината на дължината на вълната и толкова по-голямо е разстоянието между приемника и предавателя.

Друг важен фактор е, че тази настройка не носи вреда за човешкото здраве, тъй като работи на ниски честоти главно в магнитния спектър.

"Доколкото знаем, човешките организми не реагират на магнитно взаимодействие. Ако честотата ви беше забележима, например, 2 GHz, тогава бихте получили ефекта на микровълновата фурна и това би имало съвсем различен ефект", казва една от разработчиците на инсталацията, Marine Soladzic.

В момента се изследват редица други начини за безжично зареждане на батерии. Стартъпи като Powercast, Fulton Innovation и WildCharge започнаха да предлагат адаптери, които позволяват безжично зареждане на мобилни телефони, MP3 плейъри и други устройства у дома или в колата. Но подходът на Солячич е различен по това, че позволява автоматично зареждане на устройства веднага щом попаднат в полето на действие на безжичен предавател.
Работата на групата Солячич привлече вниманието на компании, произвеждащи електронни устройства, както и автомобилната индустрия. Изследването беше финансирано от Министерството на отбраната на САЩ, което се надяваше да получи безжична технология за автоматично зареждане на батерии. Солджачич обаче предпочита да не се разпространява относно възможното промишлено приложение на неговата технология.
В днешния свят, задвижван от батерии, има толкова много потенциални приложения, в които нашата технология може да се използва ", казва той." Това е много мощен метод. "