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Una lampadina ad alimentazione wireless
I ricercatori del MIT hanno dimostrato che è possibile alimentare in modalità wireless una lampadina da 60 watt situata a circa due metri di distanza da una fonte di alimentazione. Usando una configurazione straordinariamente semplice, costituita essenzialmente da due bobine metalliche, hanno dimostrato, per la prima volta, che è possibile inviare in modo efficiente così tanta potenza su una tale distanza. L'esperimento apre la strada alla ricarica wireless delle batterie di laptop, telefoni cellulari e lettori musicali, oltre a tagliare i cavi elettrici degli elettrodomestici, afferma Marin Soljačić , professore di fisica al MIT, che ha guidato il team con il professore di fisica John Joannopoulos .
Taglio del cavo: I ricercatori del MIT hanno dimostrato che è possibile alimentare in modalità wireless una lampadina da 60 watt da due metri di distanza. Sopra, una bobina (sfondo) crea un campo magnetico in grado di attraversare un ostacolo. La bobina in primo piano risuona alla frequenza del campo magnetico, raccogliendo la sua energia per alimentare la lampadina.
La ricerca, pubblicata sul numero del 7 giugno di Science Express (la pubblicazione online di Scienza magazine), è la dimostrazione sperimentale di una teoria delineata lo scorso novembre dal team del MIT. (Vedi Ricarica delle batterie senza fili.) Avevamo una forte fiducia nella teoria, afferma Soljačić. E l'esperimento ha effettivamente confermato che questo ha funzionato come previsto.
La configurazione è semplice, spiega Andre Kurs, uno studente laureato del MIT e l'autore principale dell'articolo. Due eliche di rame, del diametro di 60 centimetri, sono separate l'una dall'altra da una distanza di circa due metri. Uno è collegato a una fonte di alimentazione, effettivamente collegato a una parete, e l'altro è collegato a una lampadina in attesa di essere accesa. Quando l'alimentazione dal muro viene attivata, l'elettricità dalla prima bobina di metallo crea un campo magnetico attorno a quella bobina. La bobina attaccata alla lampadina capta il campo magnetico, che a sua volta crea una corrente all'interno della seconda bobina, accendendo la lampadina.
Questo tipo di trasferimento di energia è simile a un noto fenomeno chiamato accoppiamento magnetico induttivo, utilizzato nei trasformatori di potenza. Tuttavia, lo schema MIT è in qualche modo diverso perché si basa su qualcosa chiamato accoppiamento risonante. Le bobine del trasformatore possono trasferire energia solo quando sono a pochi centimetri di distanza, e i campi magnetici non si influenzano a vicenda allo stesso modo. Per consentire ai ricercatori del MIT di raggiungere la portata di due metri, spiega Soljačić, hanno utilizzato bobine che risuonano a una frequenza di 10 megahertz. Quando la corrente elettrica scorre attraverso la prima bobina, produce un campo magnetico di 10 megahertz; poiché la seconda bobina risuona a questa stessa frequenza, è in grado di captare sul campo, anche da relativamente lontano. Se la seconda bobina risuonasse a una frequenza diversa, l'energia della prima bobina sarebbe stata ignorata.
L'approccio dei ricercatori, afferma Soljačić, rende anche efficiente il trasferimento di energia. Se dovessero emettere energia da un'antenna nello stesso modo in cui le informazioni vengono trasmesse in modalità wireless, la maggior parte dell'energia andrebbe sprecata poiché si irradia in tutte le direzioni. Infatti, con il metodo utilizzato per trasferire le informazioni, sarebbe difficile inviare energia sufficiente per essere utile per alimentare i gadget. Al contrario, i ricercatori usano quella che è nota come energia non radiativa che è legata vicino alle bobine. In questa prima dimostrazione, hanno dimostrato che lo schema può trasferire potenza con un'efficienza del 45 percento.
Il trasferimento di potenza wireless è un'idea che ha più di 100 anni. Nel 1890, il fisico e ingegnere elettrico Nikola Tesla propose di irradiare elettricità attraverso l'aria. Tuttavia, poco dopo, i cavi di alimentazione sono diventati il mezzo comunemente accettato per trasportare l'elettricità su lunghe distanze. Ma con l'adozione diffusa di piccoli dispositivi portatili con batterie che necessitano di una ricarica costante, l'attenzione delle persone si sta nuovamente rivolgendo all'alimentazione wireless. In effetti, la startup Powercast , con sede a Ligonier, in Pennsylvania, utilizzando un approccio diverso da quello del team del MIT, ha sviluppato un sistema di alimentazione wireless in grado di trasmettere bassi wattaggi su una distanza di circa un metro. Per iniziare, l'azienda sta prendendo di mira dispositivi a basso consumo energetico, come i sensori, ma spera di passare a dispositivi più affamati di energia in futuro.
Una preoccupazione che le persone potrebbero avere, dice Sir John Pendry , professore di fisica all'Imperial College di Londra, è effetti sulla salute. Ci saranno problemi di sicurezza, reali o immaginari, dice. Dopotutto, il potere deve passare attraverso lo spazio in una forma o nell'altra, e passare attraverso tutti i corpi che si trovano sul suo cammino. Il team del [MIT] ha minimizzato questo problema assicurandosi che l'energia sia principalmente sotto forma di campo magnetico, una forma di energia alla quale il corpo è quasi del tutto insensibile.
Sulla base dei calcoli, Soljačić ritiene che lo schema sia sicuro, anche per le persone con dispositivi medici impiantati, come i pacemaker. Sebbene i ricercatori non abbiano effettuato uno studio dettagliato per testare come il sistema interferisce con i pacemaker, Soljačić afferma che non si aspettano che interagisca fortemente con oggetti che non risuonano alle stesse frequenze utilizzate per trasferire energia.
A questo punto, il team ha richiesto una serie di brevetti e sta pianificando di commercializzare la tecnologia, anche se i ricercatori prevedono che potrebbero volerci alcuni anni prima che i dispositivi con tali sistemi di alimentazione wireless arrivino ai consumatori. Nel frattempo, il team sta esplorando diversi materiali e geometrie alternative della bobina per cercare di estendere la gamma e aumentare la potenza.