In che modo i metamateriali aumenteranno la trasmissione di potenza wireless

I cavi di alimentazione sono la rovina dell'esistenza moderna. Se possiedi un PC desktop, un telefono e forse un lettore multimediale, è probabile che tu abbia almeno una presa di corrente che assomigli a una giunzione di spaghetti.

Ecco perché c'è un crescente interesse per la trasmissione di potenza wireless. I chip RFID sono diventati onnipresenti nel mondo occidentale grazie alla capacità di fornire loro piccole quantità di energia in modalità wireless.

Ma ci sono stati molti tentativi molto più ambiziosi di escogitare modi più potenti per trasmettere il potere. I giapponesi hanno un interesse di vecchia data nel trasmettere energia a terra dai pannelli solari nello spazio. Con risorse naturali limitate, considerano questo come un modo per garantire il loro approvvigionamento energetico.

Uno dei limiti degli aerei è la quantità di carburante che possono trasportare, quindi ci sono stati vari tentativi di trasmettere loro energia usando microonde e laser. Alcuni ricercatori hanno persino esaminato la possibilità di lanciare e alimentare un veicolo spaziale sulla punta di un potente raggio laser.

Più vicino a casa, l'idea di ricaricare in modalità wireless dispositivi portatili come smartphone, laptop e lettori multimediali ha un evidente fascino. E negli ultimi anni, vari dispositivi di ricarica wireless hanno colpito il mercato. I ricercatori hanno persino dimostrato la possibilità di trasmettere energia attraverso una stanza a queste macchine.

Ci sono numerosi problemi con tutte queste idee. Le microonde e i raggi laser possono trasportare una potenza significativa, ma tendono anche a friggere tutto ciò che si frappone.

I caricabatterie induttivi sono più sicuri perché si basano su un effetto risonante tra due bobine ravvicinate. Ma non sono particolarmente efficienti nel migliore dei casi e l'efficienza che hanno scende da una scogliera all'aumentare della distanza tra le bobine. In termini matematici, se la distanza tra le bobine è d, l'efficienza della trasmissione di potenza è inversamente proporzionale a d^6. Cattiva!

Oggi, Yaroslav Urzhumov e David Smith della Duke University in North Carolina affermano che c'è un modo per migliorare drasticamente questo usando i metamateriali, le strane cose artificiali che i ricercatori possono usare per piegare le onde elettromagnetiche alla loro volontà.

Una delle prime scoperte sui metamateriali circa dieci anni fa è stata che possono essere utilizzati per creare una lente perfetta, cioè una lente in grado di focalizzare e un raggio elettromagnetico con risoluzione di lunghezza d'onda inferiore. Un altro modo per dirlo è che l'obiettivo funziona quando è più vicino di una singola lunghezza d'onda della sorgente.

La nuova idea è relativamente semplice. Urzhumov e Smith suggeriscono semplicemente di posizionare una superlente tra le due bobine in un caricatore induttivo. E questo è tutto.

Il lavoro che pubblicano oggi è un resoconto teorico dettagliato dei miglioramenti che un tale sistema produrrebbe. Dicono che una tale lente assumerebbe la forma di una lastra sottile e piatta di metamateriale e che aumenterebbe l'efficienza dall'essere inversamente proporzionale a d^6 ad inversamente proporzionale a d^3.

In pratica, ciò si traduce in un grande aumento dell'efficienza. L'efficienza del trasferimento di potenza con la lastra può essere un ordine di grandezza maggiore dell'efficienza dello spazio libero, dicono.

Questo è un grosso problema in una disciplina in cui gli ingegneri lottano per aumentare l'efficienza di qualche punto percentuale.

Quindi, quando potremmo aspettarci di vedere un dispositivo del genere? Urzhumov e Smith non lo dicono, ma è possibile fare un'ipotesi plausibile.

Smith è una delle migliori banane nel mondo dei metamateriali: ha costruito e dimostrato il primo mantello dell'invisibilità nel 2006. In effetti, ha presentato il dispositivo solo pochi mesi dopo che l'idea di utilizzare i metamateriali per realizzare i mantelli dell'invisibilità era stata lanciata per la prima volta. Chiaramente, ci stava lavorando da un po' di tempo prima che il documento teorico fosse pubblicato

Ha senso tenere nascosta una nuova idea interessante finché non hai capito come costruirla (e proteggere l'IP).

Quindi, a giudicare dalla sua forma passata, la mia ipotesi è che Smith abbia una versione funzionante del suo dispositivo di trasmissione di potenza wireless ora e che lo dimostrerà pubblicamente nei prossimi mesi.

Rif: arxiv.org/abs/1102.2281 : Accoppiamento potenziato dal metamateriale tra dipoli magnetici per un efficiente trasferimento di potenza wireless

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