WPT یا انتقال برق بصورت بی سیم

«یک بار وقتی پسرم سه ساله بود، به دیدن مادربزرگ و پدربزرگش رفتیم. آن‌ها یک تلفن بیست ساله داشتند و پسرم گوشی را برداشت و پرسید: بابا، چرا این تلفن با یک سیم به دیوار وصل شده؟ این طرز فکر کودکی است که در جهانی بی‌سیم رشد کرده‌است. بهترین پاسخی که توانستم به او بدهم، این بود: خیلی عجیب و غریب است، نه؟ امیدوارم به زودی از دست سیم‌های بیشتری خلاص شویم  و از باتری‌ها هم.» این‌ها را مارین سولیاچیچ می‌گوید؟ استادیار فیزیک در MIT و یکی از پژوهش‌گرانی که روی انتقال بی‌سیم برق کار مي‌کند.

نکاتی جالب :

• تکنولوژی برای انتقال برق بی سیم و یا انتقال قدرت بی سیم (WPT) در خط مقدم توسعه الکترونیکی است.
• هدف اصلی این فناوری از بین بردن وابستگی به کابل ها میباشد.
• این فناوری از ۱۸۵۰ بروی زبان ها هست که هنوز هم به صورت فرضیه میباشد .
• اپیلکیشن های این فناوری که باعث رشد آن شدن عبارتند از : مایکروویو، سلول های خورشیدی، لیزر، و تشدید امواج الکترومغناطیسی
• کل این فناوری در امروز بر مفهوم رزونانس میباشد.

تاریخچه و توسعه :

تصویری از برج و آنتن آزمایشگاه تسلا در کلرادو اسپرینگز، جایی که بر اساس برخی روایت‌ها تسلا توانست در آن انتقال بی‌سیم برق را در فواصل نسبتاً دور با بازدهی بالا به انجام رساند.

محققین MIT ( انستیتوی تکنولوژی ماساچوستس) توانستند سیستم  آزمایشی انتقال بیسیم نیروی الکتریسیته به انواع لوازم برقی را با موفقیت به انجام برسانند.

این محققان در اثبات صحت یک تحقیق کتبی که پاییز گذشته تحویل داده شده بود، توانستند یک پرتو الکتریسیته را-مانند یک موج رادیویی- بین دو نقطه ارسال کرده و با این روش یک لامپ ۶۰ واتی را روشن کنند.

این گروه توانستند لامپ ۶۰ واتی را با کمک یک منبع انرژی در فاصله ۲ متری آن و بدون هیچ اتصال فیزیکی میان دو نقطه، روشن کنند. این پروژه به WiTricity – به معنای الکتریسیته بیسیم – شهرت یافته است. این آزمایش دقیقا نمایشگر همان نقطه نظرهایی است که این گروه در پاییز گذشته در تحقیق کتبی خود به آن پرداخته بودند. در حال حاضر این انتقال نیرو، دامنه محدودی دارد.

این محققین در این باره میگویند: “با این حال، برای وسیله ای با انرژیی در حد کامپیوتر دستی، مقدار الکتریسیته لازم و حتی بیشتر از حد نیاز برای روشن کردن یک کامپیوتر دستی میتواند از فضایی در اندازه یک اتاق، تقریبا در هر جهتی و حتی زمانی که اشیا کاملا خط دید بین دو نقطه را مسدود کرده باشند، عبور کرده و دستگاه را روشن کند.”

یک لپ تاپ بیسیم یا WiTricity میتواند بدون اتصال به پریز برق در اتاقی که یک دستگاه فرستنده در آن باشد، به طور خودکار شارژ شود و بدون باطری کار کند. این تکنیک شباهت بسیاری به القای مغناطیسی دارد که در ترانسفورماتورهایی الکتریکی که در آنها سیم پیچها برای انتقال الکتریسیته در میانشان در فاصله بسیار نزدیک به یکدیگر قرار گرفته اند، به کار میرود. اما با افزایش این فاصله ، این سیم پیچهای فاقد رزونانس نیز به تدریج کارایی خود را از دست میدهند.

گزارشات منتشر شده از این آزمایش موجب برپا شدن اعتراضاتی گاه تحقیر آمیز از سوی جامعه وبلاگ نویسانی شد که یادآوری میکردند نیکولای تسلا (Nikolai Tesla)، نابغه علم الکتریسیته، در حدود ۱۰۰ سال قبل فرستنده الکتریکی بسیار قدرتمندتری به وجود آورده که در سال ۱۸۹۹، طی آزمایشی نمایشی و مشهور در کولورادو اسپرینگز (Colorado Springs) آنرا آزموده است.

تسلا که علاوه بر کارهای دیگر، مدتی نیز با توماس ادیسون (Thomas Edison) همکاری میکرد، مخترع مبدل تسلا است، این مبدل ترانسفورماتوری است که با استفاده از تکنیکی به نام “دهانه جرقه”، جریان برق کم ولتاژ با فرکانس پایین را به جریانی با ولتاژ و فرکانس بالا تبدیل میکند.

به نظر میرسد که تسلا در آزمایش کولورادو سعی داشته نیروی الکتریسیته را در فواصل مختلف تولید کرده و انتقال دهد. اما یک برنامه مستند به نام “تسلا: خدای آذرخش” (Tesla: Master of Lightning) که در سال ۲۰۰۰ از شبکه PBS پخش شد، چنین نتیجه گیری میکند که دستاورد واقعی تسلا از آزمایش کولورادو به طور دقیق مشخص نشده است.

در یکی از یادداشتهای موجود در وب آمده است: “هنوز هم راز و رمز بسیاری بر کار تسلا در کولورادو اسپرینگز سایه افکنده است. از یادداشتهای او نمیتوان به طور دقیق متوجه شد که روش او برای انتقال بدون سیم برق چه بوده است. اما مشخص است که او هنگام بازگشت به نیویورک کاملا به موفق بودن آزمایش خود اعتقاد داشت.”

اکنون، پس از گذشت بیش از ۱۰۰ سال، نوادگان دانش تسلا موفق به اجرای ایده او شده اند.

  ظهور دوباره

 امکان عملی کردن انتقال جریان برق به صورت بی‌سیم (Wireless power) در نمایشگاه CES در سال ۲۰۰۷ به نمایش گذاشته شده؛ اما از آن زمان تاکنون این فناوری حیرت‌انگیز آهسته‌آهسته می‌رفت تا در شرف فراموشی و محو شدن تدریجی از خاطر مردم قرار بگیرد. درود بر یک گروه محقق به نام ائتلاف غیر انتفاعی جریان برق بی‌سیم ‌(The wireless power consortium) که با همت و تلاش آنها این مساله دوباره به شکلی نو مطرح می‌شود. این ائتلاف غیر انتفاعی متشکل از شرکت‌هایی مانند Fulton Innovation، National semiconductor، Olympus، Philips و Samsung است. در نمایشگاه CES امسال نیز شرکت‌هایر (Haier) چین با به نمایش گذاشتن تلویزیون‌های LCD که برخلاف محصولات بی‌سیم شرکت‌هایی مانند سونی و ال جی که تنها اتصالات صوتی و تصویری بی سیم داشتند، به معنای واقعی بی‌سیم و انتقال بی‌نیاز از کابل برق بود، امکان در دسترس بودن این فناوری به منازل مصرف‌کنندگان فراهم شده است.

تئوری فناوری

ما به موج‌های حامل اطلاعات عادت کرده‌ایم. موج‌هایی که در هوای اطراف ‌ما و درون سیم‌ها، بیت‌های اطلاعات یا سیگنال‌های قابل تبدیل شدن به صدا و تصویر را این طرف و آن طرف می‌برند. از سویی این را هم می‌دانیم که این امواج در درجه نخست حامل انرژی هستند، پس چرا انرژی الکتریکی را نیز به همین روش منتقل نکنیم؟ فرض کنید، شما یک دستگاه رادیو می‌خرید که علاوه بر برنامه‌های راديويي، انرژی خود را هم از امواج الکترومغناطیسی‌ای می‌گیرد که از یک منبع زمینی یا ماهواره‌ای فرستاده‌شده‌اند. رادیو شاید مثالی از مد افتاده باشد. همه این روزها به گوشی‌های موبایل می‌اندیشند.

ما به موج‌های حامل اطلاعات عادت کرده‌ایم. موج‌هایی که در هوای اطراف ‌ما و درون سیم‌ها، بیت‌های اطلاعات یا سیگنال‌های قابل تبدیل شدن به صدا و تصویر را این طرف و آن طرف می‌برند. از سویی این را هم می‌دانیم که این امواج در درجه نخست حامل انرژی هستند، پس چرا انرژی الکتریکی را نیز به همین روش منتقل نکنیم؟ فرض کنید، شما یک دستگاه رادیو می‌خرید که علاوه بر برنامه‌های راديويي، انرژی خود را هم از امواج الکترومغناطیسی‌ای می‌گیرد که از یک منبع زمینی یا ماهواره‌ای فرستاده‌شده‌اند. رادیو شاید مثالی از مد افتاده باشد. همه این روزها به گوشی‌های موبایل می‌اندیشند.
طبعاً چشم‌انداز دورتر، انتقال انرژی الکتریکی مورد نیاز ساختمان‌های مسکونی و تجاری به این روش است. اما در اين ‌مدت، همین که بتوانيم دستگاه‌هایی نظیر تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها را از باتری و شارژر بی‌نیاز کرد، به قدر کافی برای پژوهش در این زمینه اشتیاق ایجاد مي‌کنيم. اگر بتوانيم چنین فناوری‌ای را به طور مؤثر پیاده‌سازی کنيم، حتی در محدوده‌هایی چندمتری، تحول بزرگی در زندگی ما ایجاد می‌شود. فقط همین را به یاد بیاورید که برای تغییر دکوراسیون خانه، یکی از نخستین قیدها، مکان پریزهای برق است. نمی‌توانید تلویزیون خود را هر جایی که می‌خواهید بگذارید، زيرا باید به پریز نزدیک باشد. کابل‌های واسط هم ممکن است خطرناک باشند یا اتاق‌ شما را از ریخت بیاندازند! اما فراتر از آن، تصور کنید که سیم‌کشی برق در ساختمان‌های نوساز لازم نباشد یا لااقل حجم آن کاهش چشم‌گیری پیدا کند. برای این که یک چراغ از سقف اتاقی بیاویزید، مجبور نباشید سیم برق را هم تا سقف برسانید؛ بی‌سیم کردن ارتباطات تقریباً به طور کامل ممکن است. تصور کنید برق هم بی‌سیم شود. آیا می‌توان بالاخره از دست این سیم‌های دوست‌داشتنی خلاص شد؟

چگونه چنین کاری انجام دهیم؟ چه طور است با ایستگاه‌های رادیویی و تلویزیونی تماس بگیریم و از آن‌ها بخواهیم شعله آنتن‌هاي‌شان را قدری بالا بکشند؟! مشکل اصلی این خواهدبود که این گونه انتشار انرژی، چندان جهت‌مند نیست. یک آنتن رادیویی محدوده وسیعی را تحت پوشش قرار می‌دهد. پوشش دادن تمام نقطه‌ها در این محدوده شاید لازم نباشد، اما آسان‌ترین شیوه ممکن است. حال فرض کنید، بخواهیم از سیستم مشابهی برای انتقال انرژی استفاده کنیم. انرژی الکتریکی در نقطه‌های معینی توسط آنتن‌هاي‌ مصرف‌کنندگان دریافت می‌شود و در بقیه ناحیه‌ها انرژی زیادی هدر می‌رود و به گرما تبدیل می‌شود. چنین اتلافی در کاربردهای مخابراتی قابل توجیه است، زيرا در آنجا فقط لازم است سیگنال دریافتی آن قدر قوی باشد که بتوان اطلاعات گنجانده‌شده در آن را بازیابی کرد، اما برای انتقال انرژی، جدا از بحث اقتصادی نبودن این شیوه، مسئله امنيت آن (به خاطر گسیل شدت بالایی از میدان‌های الکترومغناطیسی) و هم‌چنین آثار زیست‌محیطی آن (هم به دلیل شدت بالای میدان و هم به خاطر جذب شدن بیشتر انرژی توسط محیط و تبدیل شدنش به گرما) مطرح خواهدبود. خوب، پس به ظاهر اگر انتقال انرژی به صورت بی‌سیم اساساً ممکن باشد، راهش این نیست. اما، آیا اصولاً راهی وجود دارد؟

انواع روش های انتقال انرژی به صورت وایرلس:

 Induction

انتقال انرژی الکتریکی به وسیله ی کوپل مغناطیسی توسط دو سیم  پیچ . این روش که از اولین دستاورد های این سیستم می باشد به صورت معمول در ساخت ترانسفورماتور ها مورد استفاده قرار می گیرد

Radio & Microwave

در این روش جهت انتقال انرژی الکتریکی از فرستنده ها و گیرنده های امواج رادیویی استفاده می شود محدوده ی فرکانسی این امواج الکترومغناطیسی از ۰ تا۱۵ گیگی هرتز می باشد. با فزایش فرکانس در این سیستم تلفات انتقال این امواج کاهش می یابد. راندمان این سیستم وایرلس بالا می باشد ولی دارای محدودیت های بالایی در مورد انتقال توان جهت مصارف صنعتی می باشد.
Electrical conduction

در این سیستم انرژی الکتریکی توسط ماهیت میدان های الکترواستاتیکی انتقال می یابد برای مثال می توان لامپ های مهتابی و گازهای التهابی را نام برد که در آنها جریان الکتریکی به صورت وایرلس انتقال پیدا می کند.

:Laser in power beaming

در این روش انرژی الکتریکی ابتدا به پرتو های لیزر تبدیل می شود و پس از انتقال توسط سلول های نوری به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد. از ویژگی های این سیستم انتقال انرژی در مسیر های مستقیم امکان پذیر می باشد و در دریافت لیزر و تبدیل آن به انرژی الکتریکی با راندمان به اندازه ی۵۰ تا ۴۰ % انجام می شود. لیزر در جو زمین و برخورد به گاز های موجود دارای تلفات می باشد . توسط این سیستم  انرژی می تواند در فواصل طولانی انتقال داده شود و کاربرد این سیستم بیشتر در انتقال انرژی در محیط های خارج از جو و هوا فضا می باشد.

: Resonant induction

در سال ۲۰۰۶ محققین انیستیتنو ماساچوست با استفاده از تئوری الکترومغناطیس تصمیم به انتقال انرژی الکتریکی بین دو سیم پیچی گرفتند که کوپل مغناطیسی نبود و از هم فاصله داشتند در این سیستم از رزنانس کردن در مدار اولیه و انتقال میدان های مغناطیسی با ایجاد تونل از به ثانویه استفاده شده محققین MIT در ژون سال دو ۲۰۰۷ برای اولین با سیستمی را بر این اساس ارائه دادن که قابلیت انتقال انرژی الکتریکی تا فاصله دو متر با توان ۶۰ وات را دارا بود.

جدول مقایسه :

یک راه ممکن، استفاده از تابش جهت‌مند الکترومغناطیسی است. برای نمونه، فرض کنید بخواهیم انرژی را در قالب باریکه‌های لیزر منتقل کنیم. انتقال انرژی با لیزر یکی از گزینه‌های مورد توجه است، اما با مشکلات فراوانی همراه است: مشکل نخست، آن‌که تبدیل انرژی الکتریکی به لیزر بازدهی چندان بالایی ندارد (کمتر از پنجاه درصد)؛ مشکل دوم، انتقال انرژی به این شیوه از نقطه‌ای به نقطه دیگر، به دید مستقیم نیاز دارد. برای مقایسه، به این بیاندیشید که تاکنون چند بار آنتن رادیویی‌ای که از آن سیگنال‌های رادیو را دریافت می‌کنید، از نزدیک دیده‌اید. علاوه بر نیاز به دید مستقیم، غبار و بخار آب موجود در هوا نیز مقداری از انرژی باریکه لیزری را جذب می‌کنند و همچنین باعث واگرایی آن می‌شوند.

مشکل سوم در مقصد است؛ تبدیل دوباره انرژی تابش لیزر به انرژی الکتریکی با استفاده از سلول‌های نوری، باز هم بازدهی چندان بالایی ندارد. در ضمن، این شیوه چندان برای هدف‌های متحرک قابل استفاده نیست، زيرا باید باریکه لیزر را دائم به سوی مکان جدید گیرنده هدف‌گیری کرد.با وجود تمام این مشکلات، انتقال انرژی با استفاده از لیزر همچنان یکی از گزینه‌های قابل بحث است، چرا که ممکن است در نهایت برای مرحله‌هاي مشخصی از توزیع و انتقال انرژی یا در شرایطی خاص به کار آید و از نظر اقتصادی هم توجیه‌پذیر باشد.

روش دیگر انتقال بی‌سیم برق، استفاده از امواج مایکروویو (با طول موج‌هایی در حدود میلی‌متر تا چند ده متر) یا امواج رادیویی (با طول موج حدوداً ده متر تا مرتبه کیلومتر) است. آنتن‌هايي برای انتقال جهت‌مند امواج رادیویی ساخته شده‌اند و امروزه به طور گسترده در مخابرات به کار می‌روند، اما استفاده از آن‌ها برای انتقال انرژی با دشواری‌هایی همراه است. می‌توان انرژی الکتریکی را با استفاده از آنتن‌هايي که برای تابش متمرکز امواج رادیویی طراحی شده‌اند، در فاصله‌های بسیار زیاد منتقل کرد و استفاده از امواج مایکروویو هم گزینه‌ای نسبتاً مشابه است، با تفاوت‌هایی در مهندسی آن.

به طور کلی، در میان شیوه‌های مختلف انتقال بی‌سیم انرژی الکتریکی، روش‌هایی که میدان الکتریکی در آن‌ها نقش دارد، مشکلات بیشتری را در انتقال ایجاد می‌کنند.   میدان الکتریکی تقریباً با هر جسم مادی در مسیر انتقال انرژی وارد برهم‌کنش می‌شود و بسته به طول موج، آثار نامطلوب گوناگونی را موجب می‌شود. در برابر، آثار محیطی و زیستی میدان مغناطیسی بسیار کمتر است. پس بهتر است به شیوه‌های ممکن استفاده از میدان مغناطیسی نگاهی بیاندازیم. آیا اصلاً چنین روشی وجود دارد؟

همه ما روزمره از انتقال انرژی برق به وسیله میدان مغناطیسی استفاده می‌کنیم. در حقيقت، تمام برقی که از سیستم برق شهری دریافت می‌کنیم، در چندین مرحله با استفاده از میدان‌های مغناطیسی منتقل شده‌است: ترانسفورماتورها که برای تغییر ولتاژ به کار می‌روند، اساساً بر این اساس کار می‌کنند (از اين جهت می‌توان گفت که بین خانه‌ها و نیروگاه‌ها اتصال مستقیم الکتریکی وجود ندارد). در یک ترانسفورماتور، معمولاً دو سیم‌پیچ وجود دارد که با عبور جریان متناوب از سیم‌پیچ اول، میدان مغناطیسی متناوبی داخل چنبره سیم‌پیچ ایجاد می‌شود و این میدان جریانی متناوب را در سیم‌پیچ دوم القا مي‌کند. این پدیده را القای الکترومغناطیسی می‌خوانند و حدود دو قرن پیش توسط مایکل فارادی کشف و توضیح داده‌شد. خوب، چه طور است سیم‌پیچ اول را سر جایش نگه داریم و سیم‌پیچ دوم را ببریم و در نقطه‌ای که می‌خواهیم قرار دهیم؟ چنین کاری اساساً ممکن است، فقط با این محدودیت که زیاد نمی‌توان از سیم‌پیچ اول دور شد، زیرا هندسه میدان مغناطیسی سیم‌پیچ بسیار متمرکز است و با دور شدن از هسته مرکزی آن، به سرعت اتلاف انرژی افزایش می‌یابد. با این حال از این شیوه هم نمی‌توان چشم پوشید و در حقيقت، هم‌اکنون ابزارهایی الکتریکی در بازار هستند که با انتقال انرژی به شیوه القای الکترومغناطیس شارژ می‌شوند (مانند مسواک‌های الکتریکی بی‌سیم) .

هدف اصلی این تئوری :

هر قدر هم داستان تسلا و ایده‌هایش برای برق‌رسانی جهانی جالب و مرموز باشد، مسئله برق‌رسانی بی‌سیم امروزه شکل دیگری دارد: شبکه‌های برق‌رسانی باسیم اکنون تقریباً تمام دنیا را تسخیر کرده‌اند. اگر بتوان سیم‌کشی‌ها را فقط در محدوده‌هایی چندمتری حذف کرد، تحول بزرگی در صنعت و زندگی روزمره همه ما رخ خواهد داد. کاربردهای جدیدی هم (فراتر از لوازم خانگی، الکترونیکی و حتی تجهیزات همراه) برای برق‌رسانی بی‌سیم وجود دارند: سیستم‌های نانومتری و روبات‌ها. تصور کنید روزی ایده ساختن ماشین‌های مکانیکی در ابعاد نانومتری عملی شود. یکی از چالش‌هایی که در این چشم‌انداز وجود دارد، رساندن انرژی مورد نیاز به این تجهیزات است. ماشین‌های نانومتری را نمی‌توان به آسانی به سیم برق وصل کرد.

کاربرد :

هر قدر هم داستان تسلا و ایده‌هایش برای برق‌رسانی جهانی جالب و مرموز باشد، مسئله برق‌رسانی بی‌سیم امروزه شکل دیگری دارد: شبکه‌های برق‌رسانی باسیم اکنون تقریباً تمام دنیا را تسخیر کرده‌اند. اگر بتوان سیم‌کشی‌ها را فقط در محدوده‌هایی چندمتری حذف کرد، تحول بزرگی در صنعت و زندگی روزمره همه ما رخ خواهد داد. کاربردهای جدیدی هم (فراتر از لوازم خانگی، الکترونیکی و حتی تجهیزات همراه) برای برق‌رسانی بی‌سیم وجود دارند: سیستم‌های نانومتری و روبات‌ها. تصور کنید روزی ایده ساختن ماشین‌های مکانیکی در ابعاد نانومتری عملی شود. یکی از چالش‌هایی که در این چشم‌انداز وجود دارد، رساندن انرژی مورد نیاز به این تجهیزات است. ماشین‌های نانومتری را نمی‌توان به آسانی به سیم برق وصل کرد.

در حقيقت، انگیزه اصلی توجه به برق‌رسانی بی‌سیم در سال‌های اخیر، بیشتر از هر چیز سه حیطه مشخص بوده است: تجهیزات الکترونیکی همراه، وسایل نقلیه و به‌خصوص سیستم حمل و نقل عمومی و کاربردهای صنعتی در زمینه روباتیک و سیستم‌های ریزمقیاس. در برخی موارد، ممکن است بتوان تجهیزات همراه را با برق‌رسانی بی‌سیم از باتری بی‌نیاز ساخت.پس شاید امروزه راه‌های انتقال بی‌سیم برق در محدوده‌های میانی و حتی کوتاه، اهمیت بیشتری داشته‌باشند. چنان که دیدیم، انتقال انرژی با تابش الکترومغناطیسی شیوه مناسبی برای این کار نیستند. القای الکترومغناطیس ممکن است برای سیستم‌هایی که عملاً با هم در تماس نزدیک هستند به کار آید. به‌عنوان مثال، فرض کنید به جای آن که گوشی موبایل خود را به فیش شارژر وصل کنید، فقط لازم باشد آن را در محدوده معینی روی میز خود قرار دهید و گوشی‌تان در صورت نیاز، شارژ شود.

در برخی موارد، ممکن است بتوان تجهیزات همراه را با برق‌رسانی بی‌سیم از باتری بی‌نیاز ساخت.پس شاید امروزه راه‌های انتقال بی‌سیم برق در محدوده‌های میانی و حتی کوتاه، اهمیت بیشتری داشته‌باشند. چنان که دیدیم، انتقال انرژی با تابش الکترومغناطیسی شیوه مناسبی برای این کار نیستند. القای الکترومغناطیس ممکن است برای سیستم‌هایی که عملاً با هم در تماس نزدیک هستند به کار آید. به‌عنوان مثال، فرض کنید به جای آن که گوشی موبایل خود را به فیش شارژر وصل کنید، فقط لازم باشد آن را در محدوده معینی روی میز خود قرار دهید و گوشی‌تان در صورت نیاز، شارژ شود.

القاء چیست ؟

اما القای الکترومغناطیس، تمام ماجرای انتقال بی‌سیم انرژی الکتریکی با استفاده از میدان مغناطیسی نیست. شیوه بهتری هم برای استفاده از میدان مغناطیسی در انتقال برق وجود دارد: القای تشدیدی (رزونانس). مبنای القای تشدیدی بر استفاده از خازن و سیم‌پیچ در کنار هم (به جای استفاده از سیم‌پیچ به تنهايي) استوار است. فرض کنید مداری که جریان متناوب از آن عبور می‌کند، به جای آن که فقط از یک سیم‌پیچ در فرستنده و سیم‌پیچ دیگری در گیرنده استفاده شود، در هر طرف از یک مدار خازن و سیم‌پیچ (که در این آرایش، القاگر خوانده می‌شود) تشکیل شده‌باشد. با اضافه کردن خازن به این مدارها، در حقيقت هر کدام را به یک نوسانگر تبدیل کرده‌ایم که هر کدام بسته به میزان ظرفیت خازن و قدرت القاگر خود، یک فرکانس طبیعی نوسان خواهد داشت. اگر فرکانس موج الکترومغناطیسی تابانده شده به یک نوسانگر، برابر با فرکانس طبیعی آن باشد، بیشترین میزان انرژی را از موج جذب خواهدکرد. این در حقيقت، همان مکانیسمی است که در رادیوهای آنالوگ برای یافتن کانال‌های رادیویی به کار می‌رود: وقتی پیچ تنظیم را می‌چرخانید، در حال تغییر دادن فرکانس طبیعی سیستم خازن و القاگر درون آن هستید. وقتی یک کانال را به طور واضح دریافت می‌کنید، فرکانس طبیعی سیستم را به فرکانس آن ایستگاه نزدیک کرده‌اید.

مزیت بسیار مهم استفاده از القای تشدیدی برای انتقال انرژی آن است که می‌توان انتقال انرژی را به جای میدان‌های الکتریکی، اساساً به میدان‌های مغناطیسی سپرد. برتری میدان‌های مغناطیسی برای این منظور، چندگانه است: نخست آن که برهم‌کنش این میدان‌ها با بیشتر مواد اطراف ما بسیار ضعیف است و در نتیجه موانع عادی مانند دیوارهای نازک و اثاثیه داخل ساختمان‌ها مانع مهمی برای آن محسوب نمی‌شوند. دوم اين‌که، نوسانگر گیرنده (سیستم القاگر و خازن و مقاومت) کم و بیش فعالانه در جذب انرژی نقش دارد (شاید بتوان گفت همان گونه که اسفنج آب را جذب می‌کند) و خطوط میدان را به سمت خود جذب می‌کند و خطوط میدانی هم که به سمت گیرنده نمی‌روند، عمدتاً در اطراف فرستنده باقی می‌مانند و در هوا تخلیه نمی‌شوند. به این شکل تا حد بسیار زیادی در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌شود. سومین و شاید مهم‌ترین مزیت این شیوه، ایمنی بیشتر آن نسبت به شیوه‌هایی است که پیش‌تر دیدیم. برهم‌کنش میدان مغناطیسی با بافت‌های زیستی، بسیار ضعیف‌تر از برهم‌کنش میدان الکتریکی با آن‌ها است، چرا که بافت‌های زنده عمدتاً از موادی غیرمغناطیسی  (مانند کربن و هیدروژن و اکسیژن) تشکیل شده‌اند که در عین حال، قابلیت قطبش‌پذیری بالایی در میدان‌های الکتریکی دارند. جذب انرژی از میدان‌های مغناطیسی در بافت‌های زنده بسیار کمتر از جذب انرژی از میدان‌های مغناطیسی است.

به این ترتیب، به نظر می‌رسد که القای تشدیدی مغناطیسی شیوه برگزیده انتقال بی‌سیم برق باشد.خبر خوش آن است كه این شیوه هم‌اکنون در سطح صنعتی مورد استفاده قرار گرفته، نه برای سیستم‌های کم‌مصرفی مانند تجهیزات همراه، بلکه برای سیستم‌های پرقدرتی مانند مونوریل‌های حمل و نقل شهری. گروه پروفسور جان‌بويز در دانشگاه Auckland  (و پیش‌تر از آن، پروفسور دُن‌اُتو از همان دانشگاه) در نیوزلند را شاید بتوان پیش‌گام این عرصه دانست. هم‌اکنون آن‌ها موفق به ساخت سیستم‌هایی شده‌اند که انرژی الکتریکی را با استفاده از القای تشدیدی مغناطیسی در کاربردهایی مانند سیستم مونوریل، سیستم‌های روباتيک و روشنايی شهری منتقل مي‌کند.گروه سولیاچیچ  و همکارانش در MIT در حقيقت راه Boys را در مقیاس میانه دنبال می‌کنند. هدف این گروه، ساخت سیستم‌های انتقال انرژی الکتریکی بر مبنای القای تشدیدی، برای کاربردهایی مانند لوازم الکترونیکی همراه و لوازم الکتریکی محیط‌های داخلی است. آن‌ها در طرحی آزمایشی توانستند انرژی الکتریکی را به این شیوه با بازدهی چهل درصد در فاصله‌ای دو متری منتقل کنند که در حقيقت بازسازی کارهای جان بویز در سال ۱۹۸۰ بود (و شاید بازآفرینی روش تسلا).هم‌اکنون شرکت‌هایی مانند اینتل و فیلیپس مشغول پژوهش در این زمینه‌ها هستند.

کاربرد در شارژر بی سیم :

با انتقال الكتريسيته به‌صورت بي‌سيم، انجام اموري مانند تعويض باتري دستگاه و شارژ  دوباره آن به طور چشمگيري كاهش مي‌يابد. حتي در برخي موارد سيم‌هاي برق كاملاً حذف مي‌شوند. با پيشرفت فناوري ارتباطات بي‌سيم،كابل‌ها كه زماني استفاده از آن‌ها در تجهيزات الكترونيكي ضروري به‌نظر مي‌رسيدند،  به تدريج كنار گذاشته مي‌شوند. كاهش اندازه مدارها، تنها مانع كاهش حجم تجهيزات سيار، وجودسيم‌هاي برق و باتري‌هاي بزرگ است. با ظهور فناوري‌هاي جديد، آخرين زنجيره‌ها نيز پاره شده و انتقال بي‌سيم برق به‌طور كامل فراهم مي‌شود. انتظار مي‌رود، به‌زودي كاربردهاي مختلفي از اين فناوري وارد بازار شوند.

تحقيق براي استفاده از فناوري بي‌سيم جهت تأمين نيروي ترمينال‌ها از حدود يك قرن پيش، همزمان با ظهور اولين فناوري الكترونيكي آغاز شد. بالاخره بعد از حدود يكصد سال، امكان استفاده از اين فناوري فراهم شده است. حدود ده‌سال قبل فناوري انتقال بي‌سيم برق به‌طور محدود مورد استفاده قرار گرفت و انتظار مي‌رود، به‌زودي اين فناوري به‌طور وسيع در ابزارهايي مانند گوشي‌هاي موبايل و دستگاه‌هاي قابل حمل پخش موسيقي  به كار رود.

در شكل ۱ نمونه‌اي از اين ابزارها را مشاهده مي‌كنيد. اين فناوري شارژ بي‌سيم قادر است بدون هيچ‌گونه تماسي در فاصله چند ميلي‌متري بين دستگاه شارژر و گوشي عمل كند. شركت موتورولا و ساير شركت‌هاي توليدكننده گوشي در ايالات متحده در حال ساخت گوشي‌هايي هستند كه قابليت استفاده از فناوري مذكور را دارند. شركت اپل در فوريه سال ۲۰۰۷ يک حق اختراع در زمينه دستگاه شارژر بي‌سيم آي‌فون، آي‌پاد و برخي ديگر از محصولات خودبه ثبت رساند. اين علاقه شديد، دست‌اندركاران صنعت گوشي‌هاي همراه را به استفاده از فناوري شارژ بي‌سيم تجهيزات نشان مي‌دهد. در ژاپن شركت NTT DoCoMo فعالانه در حال توسعه فناوري مشابهي است. اين شرکت اولين نمونه گوشي قابل حمل داراي قابليت شارژ بي‌سيم را در سال ۲۰۰۵ توليد كرد. علاوه بر شارژ بي‌سيم، موج جديدي از فناوري‌ها كه قادر به انتقال بي‌سيم برق از فواصل چند سانتي‌متر تا چندمتر هستند، به بازار عرضه شده كه انتظار مي‌رود به‌زودي برخي از آن‌ها در تجهيزات نورپردازي مورد استفاده قرار گيرند.

كاربردهاي برق بي‌سيم :

کاربردهاي مختلف برق بي‌سيم
انتظار مي‌رود پيشرفت‌هاي صنعت انتقال انرژي بي‌سيم به‌زودي چهره تجاري به خود بگيرد. مؤسسه Slashpower واقع در انگلستان نسل جديدي از شارژرها و مبدل‌هاي بي‌سيم را به بازار اروپا عرضه کرده‌است (الف). شركت Seiko Epson فناوري شارژ بي‌سيم خود را  با نام تجاري جديد Air Trans معرفي كرده است. اين فناوري براي شارژ گوشي‌هاي توليد شده توسط NTT  DoCoMo و ساير تجهيزات مشابه مورد استفاده قرارمي‌گيرد. در شکل (ب) مبدلي را براي آي‌پاد مشاهده مي‌كنيد. شركت‌هاي Visteon، Motorola و Fulton Innovation با همكاري يكديگر شارژري را توليد كرده‌اند كه قادر است باتري دوازده ولتي اتومبيل را براي شارژ گوشي‌هاي همراه به‌كار گيرد (پ). مؤسسه Powercast فناوري جديدي را توسعه داده كه قادر به دريافت مؤثر برق ارسالي توسط يك گسيل‌گر واقع در فواصل چندين سانتي‌متري تا چندين متري است (ت). اين فناوري كاربردهايي را در محصولات شركت Royal Philips و ساير شركت‌ها به دست آورده‌است. در تصوير فوق شيرر از شركت Powercast نحوه انتقال برق را نمايش مي‌دهد. گسيل‌گر واقع در مركز (كه در سمت چپ تصوير(ت) ديده مي‌شود) برق مورد استفاده چراغ‌هاي LED، صفحه‌كليد، گوشي‌هاي همراه و اسباب‌بازي را گسيل مي‌كند.

شرايط مناسب
به چند دليل فناوري‌هاي جديد توجه سازندگان و محققان را به خود جلب كرده‌است؛ نخست اين‌که بازار آن‌ها رشد چشمگيري داشته، دوم اين‌که توسعه اين فناوري‌ با سرعت بوده و سوم‌اين‌که ظهور فناوري‌هاي رقيب با آن تأخير زيادي دارد (شكل ۲). منظور از رشد بازار، افزايش چشمگير تعداد و تنوع گوشي‌هاي همراهي است كه با استفاده از باتري كار مي‌كنند. جان جي شيرر، مديرعامل مؤسسه Powercast  LLC كه يكي از فناوري‌هاي موردبحث را توسعه داده است،‌ «تا حدود هفت سال قبل تقريباً هيچ نوع تجهيزات كم‌مصرفي مانند كامپيوترهاي كيفي، گوشي‌هاي همراه كوچك، دوربين‌هاي ديجيتالي و پخش‌كننده‌هاي موسيقي قابل‌حمل وجود نداشت. مدت بسيار كوتاهي است كه تأمين نيروي مورد نياز اين تجهيزات به‌صورت بي‌سيم، به امري واقعي تبديل شده است.»

عوامل پيشرفت برق بي‌سيم :

علت داغ بودن بازار تأمين برق بي‌سيم چيست؟
افزايش علاقه صاحبان صنايع به فناوري‌هاي انتقال بي‌سيم برق پيش از هرچيز، به دليل رشد سريع بازار تجهيزات همراه است. تنوع اين نوع تجهيزات به نحو چشمگيري افزايش يافته و علاوه بر گوشي‌هاي همراه شامل پخش‌كننده‌هاي موسيقي مانند آي‌پاد و گوشي‌هاي داراي بلوتوث نيز مي‌شود. همين افزايش تنوع محصولات، شارژ دوباره را به مشكلي زمان‌بر براي كاربران تبديل مي‌كند. روند توسعه اين فناوري‌ها به سرعت طي مي‌شود. از بين فناوري‌هاي انتقال بي‌سيم كه در حال توسعه هستند،‌ فناوري القاي الكترومغناطيس داراي راندماني معادل شصت درصد برق القايي است. اين ميزان راندمان حداقل قابل قبول براي گوشي‌هاي همراه و ساير محصولات است. در مقابل، فناوري به كار رفته در باتري‌ها طي چندين سال هيچ پيشرفت چشمگيري نداشته و قادر به تأمين نياز رو به رشد بازار نيست.

كليد توسعه فني، ارسال و دريافت انرژي بدون استفاده از سيم است. به‌عنوان مثال، فناوري‌هاي شارژ بدون تماس در گذشته فقط قادر به استفاده از ده تا بيست درصد توان انتقالي بودند، اما در يك يا دو سال گذشته اين ميزان تا شصت درصد افزايش يافته است. يك منبع خبري در شركت Seiko Epson عملكرد فناوري مذكور را «مانند يك اجاق القايي» توصيف مي‌كند. به‌اين معني كه اتلاف برق اضافي موجب گرمايش قابل توجه تجهيزات دريافت كننده برق مي‌شود. با وجود اين‌كه شركت‌هاي مختلف تمايل داشتند از اين فناوري در گوشي‌هاي همراه استفاده کنند، انجام چنين كاري امكان‌پذير نبود. علاوه بر فناوري شارژ بدون تماس، فناوري‌هاي ديگري وجود دارند كه برق لازم را تا فاصله ده متري به‌صورت پرتو به سمت تجهيزات همراه گسيل مي‌كنند. البته، اين كار در ولتاژهاي پايين و با استفاده از فناور‌هاي انتقال بي‌سيم برق كه هنوز كاربرد عملي ندارند، انجام گرفته است.

در همين هنگام، استقبال وسيع از تجهيزات همراه موجب توسعه فناوري‌ باتري‌ها شده است كه رقيب اصلي فناوري‌هاي انتقال بي‌سيم برق محسوب مي‌شوند. در سال‌هاي اخير، توسعه فني باتري‌ها چشمگير نبوده و تا عرضه وسيع باتري‌هاي سوختي انتظار نمي‌رود تحول چشمگيري در ظرفيت باتري‌ها حاصل شود. حتي در صورتي كه عمر باتري‌ها بدون تغيير بماند، افزايش تعداد تجهيزات همراه كه توسط يك كاربر حمل مي‌شود، به نارضايتي كاربران از زمان موردنياز براي شارژ باتري‌ها منجر مي‌شود. با توجه به شرايط مذكور، اقدامات بسياري از توليدكنندگان، ارائه‌دهندگان خدمات و ساير مؤسساتي كه قصد دارند از سيستم تأمين برق بي‌سيم استفاده كنند، مشكلات شارژ، جايگزيني باتري و ساير امور مربوطه را كاهش داده و به‌احتمال موجب كاهش ابعاد باتري‌ها نيز مي‌شود.

فناوري‌هاي بي‌سيم انتقال برق
امروزه مي‌توان فناوري‌هاي تأمين برق بي‌سيم را براساس اصول كار به سه گروه مجزا تقسيم كرد (شكل ۳). اولين گروه فناوري‌هاي شارژ بدون تماس كه با استقبال بي‌نظيري در انواع تجهيزات قابل حمل مواجه شده، فناوري القاي الكترومغناطيس است. در اين فناوري دو سيم‌پيچ به يكديگر نزديك شده و ميدان مغناطيسي حاصل از عبور جريان از يك سيم‌پيچ، موجب ايجاد نيروي الكتريكي القايي در سيم‌پيچ ديگر مي‌شود . يكي ديگر از فناوري‌ها كه در آستانه كاربرد تجاري قراردارد، از اين واقعيت كه انرژي قادر است به‌طور مستقيم در قالب امواج راديويي ارسال و دريافت شود، بهره مي‌برد. اين فناوري از همان اصولي استفاده مي‌كند كه يك قرن پيش در راديوهاي كريستالي به كار مي‌رفت. با اين تفاوت كه امواج راديويي جريان متناوب AC بدون تقويت به امواج مستقيم (DC )تبديل مي‌شوند. بهبودهاي اخير در راندمان، امكان استفاده از اين فناوري را در محصولات تجاري فراهم كرده است. سومين شيوه، استفاده از تشديد الكترومغناطيس است. شيوه تشديد اغلب در صنايع الكترونيكي كاربرد دارد، اما در اين شيوه خاص به جاي امواج يا جريان الكترومغناطيس فقط از ميدان مغناطيسي يا الكتريكي استفاده مي‌شود.گروهي با نظارت پروفسور مارين سولياجيك از بخش فيزيك دانشگاه MIT در ماه نوامبر سال ۲۰۰۶ براي اولين بار در جهان اعلام كردند كه اين فناوري قابليت انتقال برق را دارد.

با انتقال الكتريسيته به‌صورت بي‌سيم، انجام اموري مانند تعويض باتري دستگاه و شارژ  دوباره آن به طور چشمگيري كاهش مي‌يابد. حتي در برخي موارد سيم‌هاي برق كاملاً حذف مي‌شوند. با پيشرفت فناوري ارتباطات بي‌سيم،كابل‌ها كه زماني استفاده از آن‌ها در تجهيزات الكترونيكي ضروري به‌نظر مي‌رسيدند،  به تدريج كنار گذاشته مي‌شوند. كاهش اندازه مدارها، تنها مانع كاهش حجم تجهيزات سيار، وجودسيم‌هاي برق و باتري‌هاي بزرگ است. با ظهور فناوري‌هاي جديد، آخرين زنجيره‌ها نيز پاره شده و انتقال بي‌سيم برق به‌طور كامل فراهم مي‌شود. انتظار مي‌رود، به‌زودي كاربردهاي مختلفي از اين فناوري وارد بازار شوند.

پيشرفت برچسب‌هاي RFID
از بين فناوري‌هاي موجود القاي الكترومغناطيس و دريافت امواج راديويي، از سال‌هاي ۱۹۰۰ كه انقلاب فناوري‌هاي الكترونيكي آغاز شد، همراه ما بوده‌اند. در هردو حوزه، فعاليت‌هاي اخير به پيشرفت‌هاي سريع فناوري شناسايي با امواج راديويي (RFID) منجر شده است. برچسب‌هاي RFID در سال‌هاي دهه شصت به‌عنوان راهكار مؤثري براي مقابله با سرقت اجناس از فروشگاه‌ها معرفي شدند و در سال‌هاي دهه نود توسعه بسيار يافتند. به‌عنوان مثال، كارت‌هاي هوشمند بدون تماس كه در باند ۱۳,۵۶ مگاهرتز و براساس القاي الكترومغناطيس كار مي‌كنند، در اواسط دهه نود عرضه شدند و در هنگ‌كنگ توسط ميليون‌ها نفر مورد استفاده قرار گرفتند. اين فناوري به سرعت در دستگاه‌هاي شارژر وسايل نقليه، ساعت‌ها و كالاهاي الكتريكي مانند ماشين‌هاي اصلاح به‌كار گرفته شد.

به‌واسطه ظهور برچسب‌هاي RFID فناوري دريافت امواج راديويي نيز كاربردهاي تجاري جديدي يافت. كاربردهاي اين فناوري پيچيده هستند. برچسب‌هاي بردكوتاه RFID در باندهاي داراي فركانس بسيار بالا (UHF) در فواصل چندمتري كار مي‌كنند و علاوه بر دريافت امواج الكتريكي مانند امواج راديوها، قادرند انرژي دريافتي را براي كنترل مدارهاي مجتمع (IC) و حافظه به‌كار گيرند و امواج راديويي را براي دستگاه برچسب‌خوان ارسال كنند. براي استفاده از اين فناوري در دستگاه‌ها يك ديود Shotkey با ولتاژ عبوري بسيار كم طراحي شده است. شركت Powercast اين سيستم دريافت امواج راديويي را براساس فناوري معرفي‌شده توسط دانشگاهPittsburg  طراحي كرده است، اما فناوري دانشگاه مذكور يك رهيافت منفعل براي استفاده از RFID است.  انتظار مي‌رود، به‌زودي كاربردهاي بسياري از اين فناوري‌ها وارد بازار شوند و در نتيجه تجهيزات قابل حمل تغييرات عمده‌اي داشته باشند. كي كِرسين، معاون بخش فروش و بازاريابي شركت Powercast  مي‌گويد: «ما درخواست‌هايي را از توليدكنندگان تجهيزات ارتباطي و همچنين توليدكنندگان بخش‌هاي مختلف صنعتي مانند لباس و دارو دريافت كرده‌ايم.» وي قبلاً با همين سمت در بخش Mobile Platform Group شركت اينتل مشغول به كار بود.

رهيافت تشديد شباهت زيادي به فناوري القاي الكترومغناطيس دارد. اين رهيافت از ميدان‌هاي الكتريكي يا مغناطيسي و ساير ميدان‌ها استفاده كرده و براساس تحقيق و توسعه در زمينه‌هايي مانند پرتوNear-field، ارتباطات نوري، كريستال‌هاي فوتوني و متامتريال‌ها پديد آمده است. كاربردهاي جديد و غيرمنتظره ميدان‌هاي الكترومغناطيس كه هنگام تحقيقات در حال تکميل بودند، سبب شد تا سولياجيك اظهار كند: «من واقعاً تعجب مي‌کنم حتي يكي از اين رخدادها در سال‌هاي اخير براي شخص ديگري به‌وقوع پيوسته است.»

روش‌هاي پياده‌سازي:

اصول كار سه فناوري انتقال بي‌سيم برق
فناوري‌هاي موجود انتقال بي‌سيم توان را مي‌توان به سه نوع متفاوت تقسيم كرد: القاي الكترومغناطيس(a)، دريافت راديويي(b) و تشديد(b). فناوري القاي الكترومغناطيس براي انتقال برق از يك ميدان مغناطيسي بين دو سيم‌پيچ استفاده مي‌كند و امروزه در تلفن‌هاي بي‌سيم مورد استفاده بوده و كاربردهاي مشابه ديگري نيز دارد. رويكرد انتقال راديويي براي شارژ يا به كارگيري تجهيزات قابل حمل فقط از امواج راديويي استفاده مي‌كند. براي تبديل امواج AC دريافتي به امواج DC فقط يك اصلاح‌گر (كه در شكل با رنگ قرمز مشخص شده است) لازم است. صدها سال قبل در راديو‌هاي  كريستالي از اصول مشابهي استفاده شده است. فناوري تشديد اصول به‌كار رفته در سيستم تشديد جفت پاندول‌ها را مورد استفاده قرار مي‌دهد. با اين تفاوت كه به جاي ميدان الكترومغناطيس از ميدان‌هاي الكتريكي يا مغناطيسي استفاده مي‌شود. اين فناوري براي اولين بار توسط MIT معرفي شد. در تصوير فوق پروفسور مارين سوليا (در سمت چپ) توسعه‌دهنده اين فناوري و آريستيديس كاراليس، دانشجوي دكتراي وي را در دانشگاه MIT مشاهده مي‌كنيد.

تفاوت روش‌هاي انتقال برق ‌بي‌سيم

نقاط قوت و ضعف هريك از فناوري‌ها و تأثير آن‌ها روي باتري‌ها
با استفاده از القاي الكترومغناطيس مي‌توان مقادير بسياري از برق الكتريكي را انتقال داد. اما براي اين كار، دريافت كننده بايد نسبت به گسيل‌گر در مكان مناسبي مستقر شود. به اين معني كه تجهيزات همراه بايد داراي يك باتري باشند (a). دريافت راديويي فقط قادر است برق را به ميزان چند مگاوات ارسال كرده و يك گوشي را به مدت يك يا دو ساعت روشن نگه دارد (b)، اما برق لازم براي روشن ماندن يك گوشي همراه در حالت Stand by را فراهم مي‌كند. فناوري تشديد خصوصيات هردو فناوري قبل راداشته و براي انتقال مستقيم برق به تجهيزات بدون باتري مانند جاروبرقي‌ها كاربرد دارد (c).

دريافت برق از فاصله نزديك
فناوري‌هايي كه براساس سه اصل مذكور ساخته شده‌اند، داراي اختلافاتي مانند محدوده عملكرد و سطوح مختلف توان الكتريكي هستند و در نتيجه كاربردهاي اصلي آن‌ها متفاوت است (شكل ۴).  القاي الكترومغناطيس قادر است صدها كيلووات برق را حداكثر به فاصله يک سانتي‌متر يا كمتر انتقال دهد. بنابراين،هنگام استفاده از اين فناوري، تجهيزات همراه بايد به باتري‌هايي با اين فناوري مجهز باشند و اولين هدف از به كارگيري اين فناوري تسهيل شارژ است. طبق پيشنهاد پروفسور آتسو كاوامورا، مي‌توان براي فناوري مذكور كاربردهاي ديگري مانند شارژ وسايل نقليه الكتريكي و قطارها نيز يافت. وي عضو هيئت علمي بخش مهندسي در دانشگاه ملي يوكوهاما بوده و از سال ۱۹۹۵ در مورد به‌كارگيري القاي الكترومغناطيس تحقيق مي‌كند. به علاوه، مطابق پيشنهاد پروفسور ماكوتو تاكاميا در انستيتوي علوم صنعتي از دانشگاه توكيو براي تأمين نيروي تجهيزات پرمصرف مانند تلويزيون‌ها، جاروبرقي‌ها، روشنايي و انتقال بدون تماس برق در فواصل زياد از ميان ديوارها، كف اتاق و… از فناوري القاي الكترومغناطيس بهره گرفت.

دريافت امواج راديويي در فواصل ده متري كارايي دارد، اما فقط مي‌توان سطوح پايين برق را تا چندصد مگاوات منتقل كرد. از اين فناوري مي‌توان براي تأمين نيروي تجهيزات قابل حمل در حالت Stand by بهره گرفت. شيرر از شركت Powercast مي‌گويد: «انتظار مي رود اين فناوري مدت زمان مكالمه مستمر با گوشي‌ها را از پنج ساعت به ده ساعت افزايش دهد.» به‌عنوان مثال؛ اگر گسيل‌گر برق درون يك لامپ قرار گيرد، مي‌توان تجهيزات همراه را بدون نياز به دستگاه خاصي شارژ كرد و به‌اين ترتيب زمان موردنياز را براي شارژ باتري كاهش داد (در اين مورد به كادر «تأمين توان حسگرها از فاصله پنج تا ده متري، بدون نياز به جايگزيني باتري‌ها!» مراجعه كنيد).

در تأمين برق با استفاده از شيوه تشديد برق موردنياز بيش از سه تا چهار متر و با سطح چندين كيلو وات ارسال مي‌شود. سولياجيك از MIT توضيح مي‌دهد: «مي‌توان آنتن‌ها را روي ريل‌هايي درون شهرها يا در راستاي بزرگراه‌ها حركت داد تا به‌طورمستقيم برق موردنياز اتومبيل‌ها را تأمين كنند. همچنين روبات‌هاي كارگر نيز مي‌توانند نيروي موردنياز خود را به‌طورمستقيم از گسيل‌گر موجود در سقف كارخانه دريافت كنند.»

مشكلات و رهيافت‌ها
هنوزهم در اين فناوري‌ها مشكلات تكنيكي متعددي وجود دارد. به‌عنوان مثال، القاي الكترومغناطيس برق القايي را براي هر قطعه فلز موجود در محدوده عمل خود ارسال مي‌كند، مگر اين كه براي شناسايي اشياي موردنظر، الگوي خاصي را در اختيار داشته باشد. در صورتي كه اشياي مذكور داراي مدار دريافت‌كننده برق باشند، گرم شده و شرايط خطرناكي را ايجاد مي‌كنند. در اين شيوه حفاظت از تجهيزات قابل‌حمل مستقر بين سيم‌پيچ دوم و مدارهاي الكترونيكي ضروري است.شيوه دريافت امواج راديويي راندمان پاييني داشته و بخش اعظم برق ارسالي توسط گسيل‌گر در قالب امواج راديويي هدر مي‌رود. البته، شيرر از شركت Powercast  اين معايب را كوچك شمرده و توضيح مي‌دهد كه تجهيزاتي مانند تلويزيون موجب هدر رفتن برق قابل توجهي مي‌شوند. شيوه تشديد با مشكل تأمين فركانس موردنياز مواجه است. انتقال برق در فواصل چندين متري نيازمند فركانسي بين چند مگاهرتز تا چندصد مگاهرتز است. ايجاد تشديد در اين پهناي‌باند بسيار مشكل است.

تأمين برق حسگرها در فواصل پنج تا ده متري بدون نياز به جايگزيني باتري‌ها!
فناوري توسعه‌يافته توسط شركت Powercast براي انتقال برق به ترمينال‌هاي مستقر درفواصل دور هنوز در محصولات مورد استفاده قرار نگرفته، اما اثر آن در دنياي واقعي آزمايش شده‌است. باغ وحش پيترزبورگ واقع در خارج شهر پيترزبورگ آزمايش‌هايي را با استفاده از فناوري شركت Powercast  در ماه مارس ۲۰۰۶ براي شارژ باتري‌هاي يك حسگر آغاز كرد. اين حسگر در محل زندگي پنگوئن‌ها  واقع در آكواريوم نصب شد و داراي ارتباط راديويي موج كوتاه بود. اين حسگر ميزان دما و رطوبت و همچنين ساير اطلاعات را در فواصل زماني معين براي يك سرور ارسال مي‌كرد.

طول عمر كوتاه‌تر باتري
محل زندگي پنگوئن‌ها سنگ‌هاي مصنوعي و ساختارهاي ديگري دارد و استفاده از يك ساختار اضافي به دليل نياز به سيم‌كشي داراي مشكلات متعددي است. حسگر مورد بحث در اصل توسط باتري كار مي‌كرد و اطلاعات را در هر دقيقه براي سرور مركزي ارسال مي‌كرد. در ابتدا انتظار مي‌رفت، اين حسگر در هر دو سال نيازمند تعويض باتري باشد. اما مشخص شد كه باتري‌ها بايد هر ۱۲۰ روز تعويض شوند. تحقيقات نشان داد، دماي بسيار پايين آشيانه پنگوئن‌ها موجب اختلال در عملكرد عادي باتري‌ها شده و اختلال ساير تجهيزات گاهي موجب لزوم چندين ارسال براي رساندن اطلاعات به سرور مي‌شود. در هر حال تعداد دفعات تعويض باتري بايد به حداقل مي‌رسيد تا پرندگان كمترين استرس را احساس كنند.  باغ وحش چهار باتري‌ سايز AAA را با د گروه دوتايي از باتري‌هاي قابل شارژ با سايز AAA و «مدارهاي تأمين نيروي مجهز به آنتن FireFly» تعويض كرد.

حذف فرآيند جايگزيني باتري‌ها به‌واسطه شارژ بي‌سيم تجهيزات :
حسگر دما و رطوبت در باغ‌وحش پيترزبورگ و آكواريوم PPG (الف). اين حسگر توسط شركت intelliSensor ساخته شده و با استفاده از توان باتري هر دو دقيقه ميزان دما، رطوبت و ساير اطلاعات را براي يك سرور ارسال مي‌كند. در ابتدا اين حسگر با استفاده از چهار عدد باتري با سايز AAA كار مي‌كرد،‌اما اين سيستم با دو گروه باتري قابل شارژ توسط مدار بي‌سيم شركت Powercast جايگزين شد. مقايسه دو سيستم تأمين نيروي حسگر بيانگر اين است كه ترمينال شارژ بي‌سيم هيچ‌گونه كاهشي را در ولتاژ خروجي نشان نمي‌دهد، اما باتري‌ها دائم دچار افت ولتاژ مي‌شوند (ب). گسيل‌گر در فاصله پنج متري و روي ديواري در نزديكي سقف نصب شده است.

ولتاژ حاصل از اين باتري‌هاي جديد كه در پهناي باند نهصد مگاهرتز دائم شارژ مي‌شدند با ولتاژ حاصل از باتري‌هاي قديمي مقايسه شد. براي اين كار، حسگر دما و رطوبت در هر دو دقيقه اطلاعات را براي سرور ارسال مي‌كرد.   پس از گذشت هشتاد روز ولتاژ باتري‌هاي استاندارد به ميزان ده درصد افت كرد، اما هيچ تغييري در ولتاژ باتري‌هاي قابل شارژ به وجود نيامد. توان الكتريكي توسط يك آنتن جهت‌دار از سقف طبقه دوم به فاصله پنج تا ده متر براي حسگر ارسال مي‌شد.

کاربرد در حمل و نقل :

این سیستم فقط روی ماشین هایی کار میکند که نیروی محرک آن الکتریسیته باشد .

اگه سیستم برق بی سیم روی آن ها لحاظ بشود به این مزایا دست پیدا میکنند :

• رسیدن به انرژ های تجدید پذیر
• رسیدن به حمل نقل پاک
• کاهش زیرساخت های مورد نیاز
• از بین بردن سربار خطوط برق و کابل
• ادغام در سیستم موجود
• از بین بردن سیستم هایی که عاملشان کربن باشد
• گذار از بنزین به تمام برقی

ابتکار تویوتا :

Toyota Plans to Employ Angular Coil for Wireless Power Transmission (Dec.12.2012 )

آینده !!!

برای اطلاع از فن آوری های نوین ارتباطی شبکه های وایرلس و ماکرویو و مراکز تلفنی تحت شبکه از کانال تلگرامی ما به آدرسهای Wireless_tech@ و Voip_Tech@  دیدن فرمایید.