В России разработали высокоэффективную систему беспроводной передачи энергии

Российские учёные разработали высокоэффективную систему беспроводной передачи энергии (wireless power transfer, или WPT). С её помощью можно создавать помещения, где мобильные телефоны и планшеты будут заряжаться автоматически, "от воздуха".

Ещё в начале XX века Никола Тесла впервые испытал возможности беспроводной передачи электроэнергии, но до недавнего времени технологию практически не использовали и не совершенствовали.

В 2007 году команда учёных Массачусетского технологического института (MIT) вновь испытала технологию WPT: они включили 60-ваттную лампочку с расстояния двух метров. Эффективность передачи энергии составила 45 процентов.

Позднее методику неоднократно пытались переосмыслить и улучшить, в частности повысить эффективность доставки энергии "по воздуху".

Опираясь на те же принципы, команда российских исследователей во главе с Полиной Капитановой из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики и Елизаветой Ненашевой из научно-исследовательского института "Гириконд" создали улучшенную систему беспроводной передачи энергии на основе резонансной связи. Эффективность такого метода, согласно данным числового моделирования, составляет 80 процентов на расстоянии 20 сантиметров, и незначительно падает с увеличением расстояния.

Поясним общий принцип работы такой системы. Первая медная катушка передаёт энергию второй катушке, работающей с ней на одной резонансной частоте, подобно тому, как оперный певец своим голосом может передать достаточно энергии, чтобы разбить стеклянный бокал (резонансная частота голоса совпадает с частотой, разрушающей сосуд).

Обычно для передачи энергии используются магнитные поля, так как они слабо взаимодействуют с большинством окружающих объектов, в том числе с человеческим телом.

Российские исследователи немного изменили первоначально разработанную систему. Так, вместо обыкновенных магнитных катушек используются особые диэлектрические резонаторы в виде керамических сфер с высокой диэлектрической проницаемостью. Такие керамические сферы позволяют снизить потери энергии при передаче, а значит, увеличить эффективность.

Кроме того, у материала, из которого выполнены сферы, высокий показатель преломления, а значит, в сферах электромагнитные волны сильно замедляются. Такая особенность помогает усилить магнитный резонанс и, как следствие, дополнительно увеличить эффективность передачи энергии.

Ещё одно новшество для уменьшения потерь и повышения эффективности: переход на резонансную частоту более высокого порядка. "Мы предлагаем использовать магнитный квадрупольный метод, а не магнитный дипольный метод", — говорит Капитонова в интервью сайту phys.org. Они отличаются формой и силой создаваемого магнитного поля.

Отмечается, что в этом случае передатчик и приёмник не нужно точно выравнивать относительно друг друга для лучшей передачи энергии.

Добавим, что другие объекты, которые будут находиться в "комнате подзарядки", имеют совсем другие резонансные частоты, благодаря чему они не смогут принимать передаваемую энергию. Соответственно, такая универсальная зарядка будет безопасна для окружающих предметов.

В будущем для практического пользования российские учёные планируют уменьшить размеры резонаторов. "Сейчас мы работаем над созданием и экспериментальным исследованием образца следующей версии системы WPT. Мы разработали новые керамические резонаторы с более высокой диэлектрической проницаемостью. Мы считаем, что этот прототип будет очень близок к практическому применению", — добавляет Капитонова.

Подробно об исследование рассказывает статья в научном журнале Applied Physics Letters.