A izbucnit revolutia wireless!

Sunt o binecuvantare si se poate spune ca stau la baza evolutiei noastre explozive din ultimul secol, dar cablurile electrice par desuete si primitive. Computerele, televizoarele, telefoanele mobile si, in general, toate dispozitivele electronice devin din ce in ce mai subtiri si mai mici, dar increngatura de “mate” din coltul fiecarei camere ramane un impediment inestetic in calea adevaratei exprimari minimaliste. Apoi, mai exista si inconvenientul realimentarii telefoanelor, a mp3 playerelor si a laptopurilor. Un deranj minor, intr-adevar, dar posesorul poate uita cu usurinta sa incarce bateriile unui dispozitiv si sa plece cu el inoperabil. Nu ar fi oare viata mai simpla daca energia ar fi “injectata”, prin fascicule invizibile, in aparatele noastre, oridecateori am intra intr-o cladire? Comunicarea wireless a devenit omniprezenta, deci ce ne impiedica sa ne scuturam pentru totdeauna de cablurile electrice in ceea ce priveste alimentarea cu energie a dispozitivelor noastre?

Conspiratia impotriva revolutiei

Eficienta redusa a transmiterii si problemele de siguranta au sabotat incercarile transferului de energie wireles , insa cateva initiative - intre care, unele, semnate de nume mari, precum Sony si Intel - propun o noua abordare pentru a face lucrurile sa mearga. Ultimii cativa ani au adus in atentie demonstratii promitatoare cu telefoane mobile, laptopuri si televizoare alimentate wireless. Ideea transferului de energie fara fire este aproape la fel de veche ca insasi producerea de electricitate.

La inceputul secolului XX, Nikola Tesla a propus folosirea unor bobine uriase pentru a transmite eletricitate prin troposfera si a alimenta casele oamenilor. Genialul om de stiinta a inceput chiar demersurile pentru construirea Turnului Wardenclyffe din Long Island, New Yok, un enorm turn de telecomunicatii, ce avea sa testeze si ideea de transfer, fara cabluri, a energiei electrice. Povestea spune ca finantatorii lui Tesla si-au retras fondurile atunci cand au inteles ca nu ar exista o modalitate eficienta prin care sa se asigura ca oamenii vor plati pentru electricitatea folosita, iar centralele electrice prin cabluri au fost alese in schimb.

Transmiterea wireless a revenit in atentie in anii '60 ai secolului trecut, printr-o demonstratie a unui elicopter miniatural alimentat prin microunde emise de la sol. Unii au sugerat chiar ca, intr-o zi, s-ar putea sa alimentam navele spatiale prin directionarea catre ele a unor raze laser purtatoare de energie. Mergand pe aceeasi idee, multe teorii au fost emise si in explorarea posibilitatii de a transmite energie la sol de catre satelitii orbitali, ce ar putea stoca energia solara. Tranferul de energie sol-sol, pe distante mari, ar solicita infrastructuri costisitoare, iar grijile privitoare la siguranta transmiterii energiei prin microunde de mare putere au nascut scepticism fata de aceasta modalitate de alimentare.

Desi nu vom asista prea curand la construirea unei centrale electrice wireless, ideea electricitatii transmisa prin fascicole la o scara mai mica incepe sa castige teren. Iar acest lucru se intampla deoarece, odata cu tehnologiile wireless, precum Wi-Fi si Bluetooth, si cu circuitele tot mai reduse ca dimensiuni, cablurile de alimentare raman singurele care pun cu adevarat o limita ideii de mobilitate si portabilitate. Evolutia in aceasta directie pare una inevitabila, din momnetul nasterii comunicatiilor wireless, este de parere David Graham, cofondator al companiei PowerBeam din San Jose, California. Cu acest nou imbold, inginerii si companiile tinere au acceptat provocarea si, desi energia "proiectata" este inca "in fasa", trei optiuni viabile par sa isi faca loc la suprafata.

Transmiterea electricitatii cu ajutorul undelor radio este, probabil, cea mai evidenta solutie , de vreme ce se pot folosi, in principiu, aceiasi transmitatori si receptori utilizati in comunicatiile Wi-Fi. Compania Powercast, din Pittsburgh, Pennsylvania, a utilizat recent aceasta tehnologie pentru a transmite microwatti si miliwatii de putere la cel putin 15 metri distanta, catre niste senzori industriali. Se crede ca o abordare similara ar putea fi folosita intr-o zi pentru a realimenta dispozitive mici, precum telecomenzile, ceasurile cu alarma si chiar telefoanele mobile.

“Laser, frate”

O a doua posibilitate, pentru dispozitive cu o nevoie mai mare de energie eletrica, o reprezinta declansarea unei raze laser infrarosii bine focusate catre o celula fotovoltaica, care sa transforme raza in energie electrica. Este abordarea adoptata de PoweBeam, dar momentan, gradul sau de eficienta este de numai 15-30%. Chiar daca ar servi unor aplicatii ceva mai energofage decat alimentarea prin unde radio, in practica ar insemna, totusi, o mare risipa.

Tehnologia a fost intrebuintata pentru alimentarea unor corpuri de iluminare, boxe si rame digitale wireless, care necesita mai putin de 10 watti pentru a functiona . In timp, pe masura ce atat laserele cat si celulele fotovoltaice vor fi imbunatatite, compania crede ca ridicarea eficientei la un procent de 50% va fi posibila. "Nu vedem de ce nu am putea ajunge sa alimentam un laptop. 100 de metri nu inseamna atata de mult", este de parere Graham. Spre deosebire de alte posibile tehnnici, o raza bine focusata are o pierdere de energie minima pe distante mari, pastrandu-si eficienta.

Exista insa si personaje care isi pastreaza scepticismul cu privire la posibilitatea ca aceasta tehnologie sa fie una practica pentru dispozitivele portabile, care se deplaseaza constant si intre mai multe incinte. O raza in infrarosu nu ar fi potrivita pentru incarcarea unui telefon mobil, se misca prea mult, este de parere Menno Treffers, director al Consortiului de Energie Wireless din Olanda.

Solutia razei de energie ar fi dotarea dispozitivului beneficiar cu un mic receptor fluorescent astfel incat o camera a transmitatorului sa poate urmari lumina si sa directioneze raza laser in mod corespunzator. O alta problema ar fi aceea ca este necesara o raza diferita pentru fiecare dispozitiv ce trebuie alimentat, ceea ce reprezinta o provocare inginereasca, crede Aristeidis Karalis, de la Institutul de Tehnologie Massachusetts, dezvoltatorul unui sistem alternativ de transfer energetic wireless.

Arta rezonantelor

A treia posibilitate pentru alimentarea cu energie fara cabluri este inductia magnetica, cea mai tentanta alternativa pentru aplicatiile domestice. Un camp magnetic fluctuant emanand dintr-o bobina poate induce un curent electric intr-o alta bobina apropiata. Este si modalitatea prin care multe dispozitive, precum periutele de dinti electrice si chiar unele telefoane mobile isi reincarca beteriile golite.

Problema este, insa, aceea ca, desi eficienta transferului este buna de aproape, ea poate scadea la zero atunci cand distanta fata de transmitator creste fie si numai la cativa milimetri. Se stie de multa vreme ca un asemenea transfer mecanic de energie este enorm imbunatatit daca doua obiecte rezoneaza la aceeasi frecventa. Karalis s-a intrebat daca nu cumva aceeasi idee ar putea imbunatati si eficienta inductiei magnetice la distante mai mari.

Proiectul echipei sale consta dintr- o bobina inductoare conectata la un capacitor. Energia acestui circuit oscileaza rapid intre un camp electric din capacitor si un camp magnetic din bobina. Frecventa acestei oscilatii este controlata de abilitatea capacitorului de a stoca incarcatura si de abilitatea bobinei de a produce un camp magnetic. Daca frecventa din circuitul transmitatorului de energie difera de cea a circuitului din receptor, atunci ele sunt non-rezonante.

Rezultatul este ca energia eliberata de transmitator nu va fi in faza cu energia existenta deja in receptor, ceea ce ar putea conduce la anularea reciproca a celor doua, limitand o acumulare pertinenta de energie inauntrul receptorului. Dar daca transmitatorul si receptorul sunt rezonante, este de parere echipa, campurile oscilante ale celor doua bobinaje vor fi permanent sincronizate, deci interfata va fi constructiva, iar cantitatea de energie transferta va creste.

Inceputurile sunt mereu timide

Si-au testat teoria in 2007, cu mare succes, transmitand 60 de watti la o distanta de doi metri, cu o eficienta de 40%. Echipa a fondat, de atunci, o companie denumita WiTricity, pentru a dezvolta ideea. Anul trecut, firma a folosit doua bobine cubice, cu diametrul de 30 centimetri, una pentru receptor si una pentru transmitator, pentru a alimenta un televizonr de 50 watti, aflat la 0,5 metri distanta de sursa de putere, cu o impresionanta eficienta de 70%. In unele cazuri, imbunatatirea eficientei datorita rezonantei poate fi de peste 100.000 de ori mai mare decat in cazul inductiei nerezonante. Spre deosebire de trasferul de energie prin tehnologie laser, un camp magnetic nu este concentrat intr-un punct si, de aceea, poate depasi obstacolele de orice fel dintre transmitator si receptor.

Companiile producatoare de aparatura electronica puternic consumatoare se arata dispuse sa investeasca in "trasferul rezonant". Sony, spre exemplu, a facut deja demonstratia unui televizor wireless, iar Intel investigheaza aceasta tehnologie pentru a o aplica unei intregi game de dispozitive. Eficienta transferului de energie fluctueaza independent de cantitatea de curent necesara, asa incat aceeasi eficienta poata fi obtinuta pentru laptopuri, aparate electronice mari consumatoare precum tv-urile si aparate portabile mai mici, precum celularele. Cu alte cuvinte, aceeasi proportie din energia totala se va pierde atat in cazul unui televizor cu plasma energofag, cat si in cel al unui mic PDA. Cu demonstratii atat de promitatoare, pare posibil ca energia wireless sa intre, candva, in casele noastre.

Este foarte probabil ca tehnologia sa se loveasca de unele obiectii in drumul sau. De exemplu, este de inteles mica ingrijorare in legatura cu emisia de raze de energie de putere relativ ridicata prin atmosfera. Sa ne gandim la transmisiunile laser. Mari energii concentrate intr-o raza laser ingusta ar putea cauza tulburari serioase unei persoane. Acesta nu ar trebui sa reprezinte un pericol cu produsele PoweBeam: daca mica camera a trasmitatorului nu reuseste sa repereze semnalul becului luminos al receptorului, intrerupe laserul in cateva milisecunde. De asemenea, receptorul va trimite un mesaj radio catre transmitator daca va sesiza o intrerupere inexplicabila a transferului de putere.

Sau mai bine nu?

Expunerea la undele radio si la campurile magnetice fluctuante presupune, de asemenea, posibile pericole. Daca ele transmit caldura in celulele noastre, ne pot deprecia tesuturile in perioade lungi de timp. Toate tehnologiile prezinta un eventual risc in interactiunea termica cu trupul uman, in acelasi mod in care o face si radiatia telefoanelor mobile. Dar, dat fiind faptul ca expunerea s-ar afla sub nivelurile stabilite de Comisia Internationala de Protectie pentru Radiatia Non-Ionizanta (ICNIRP), pe care WiTricity le respecta strict, nu ar trebui sa fie probleme.

Ramane, totusi, teama privitoare la capacitatea campurilor electromagnetice de a afecta tesutul prin alte mecanisme, non-termice, o ingrijorare percutanta a multor biofizicieni in legatura cu semnalele celularelor. In lipsa oricaror studii de testare a expunerii pe termen lung la aceste dispozitive, acesti cercetatori trebuie, momentan, sa se bazeze pe studii de laborator, care nu au reusit sa gaseasca efecte biologice clare. Problema este inca deschisa spre dezbatere. Daca metodele de transmisiune wireless a energiei se incadreaza toate in criteriile ICNIRM, atunci expunerea nu ar trebui sa prezinte riscuri mai mari decat cele ale telefoniei mobile.

Probabil, mai stresante raman ingrijorarile cu privire la mediu. Cum incalzirea globala este o problema in continua crestere, multi cauta modalitati de imbunatatire e eficientei si de economisire a energiei - si prin urmare centrale energetice cu emisii reduse de gaze cu efect de sera. Pentru unii, transmisiunea fara cabluri a energiei electrice va parea o manevra risipitoare si retrograda. Faptul ca aceste aplicatii au o eficienta de numai 10 pana la 60% inseamna ca 90 pana la 40% din electricitatea pentru care un proprietar plateste ar fi irosita. Gandindu-ne la alimentarea dispozitivelor mici, portabile, individuale, pierderile de energie pot parea insesizabile, dar folosirea alimentarii wireless pentru un camin intreg ar implica neajunsuri mult mai mari in acest sens. Iar intrebarea este daca suntem dispusi sa renuntam la eficienta cablurilor de dragul esteticii minimaliste.