Pesquisadores da Universidade de Michigan (U-M) e da Universidade de Tóquio, desenvolveram um tipo de carregamento sem fio que pode oferecer energia generalizada em edifícios, transformando-os em verdadeiras zonas de fornecimento de eletricidade com segurança pelo ar.
As descobertas são detalhadas no artigo da revista científica Nature Electronics, publicado em agosto.
O autor do estudo, Alanson Sample, professor de ciência da computação e engenharia da U-M, disse que, além de carregar telefones e laptops, a tecnologia também pode alimentar dispositivos médicos implantados em seres humanos, e abrir novas possibilidades para robótica móvel em residências e fábricas.
A equipe também está trabalhando na implementação do sistema em espaços menores do que o tamanho de uma sala, como uma caixa de ferramentas que carrega ferramentas dentro dela.
Como funciona
A equipe demonstrou a tecnologia em uma sala de testes de alumínio construída para o propósito, medindo aproximadamente 3 x 3 metros. Eles alimentavam lâmpadas, ventiladores e telefones celulares sem fio que podiam puxar corrente de qualquer lugar da sala, independentemente da localização das pessoas e da mobília.
Os cientistas dizem o sistema é uma grande melhoria em relação às tentativas anteriores de de carregamento sem fio, que usavam radiação de micro-ondas potencialmente prejudicial ou exigiam dispositivos a serem colocados em bases de carregamento dedicadas.
Em vez disso, a nova estratégia usa uma superfície condutora nas paredes da sala e um polo condutor para gerar campos magnéticos.
Em uso, os dispositivos aproveitam o campo magnético com bobinas de fio, que podem ser integradas a aparelhos eletrônicos como telefones celulares. Os pesquisadores disseram que o sistema pode ser ampliado para estruturas maiores, como fábricas ou armazéns, ao mesmo tempo em que atende às diretrizes de segurança para exposição a campos eletromagnéticos.
O diferencial da pesquisa
A chave para fazer o sistema funcionar, disse o professor Sample, era construir uma estrutura ressonante que pudesse fornecer um campo magnético do tamanho de uma sala enquanto confinava campos elétricos prejudiciais, que podem aquecer tecidos biológicos.
A solução da equipe usou os chamados capacitores concentrados colocados em cavidades de parede. Aqui, eles geram um campo magnético que ressoa pela sala enquanto aprisiona os campos elétricos dentro dos próprios capacitores. Isso supera uma limitação dos sistemas de energia sem fio anteriores, que eram limitados a fornecer grandes quantidades de energia em alguns milímetros ou quantidades muito pequenas de energia em longas distâncias.
Um segundo obstáculo era como gerar um campo magnético que alcançasse todos os cantos da sala – os campos magnéticos tendem a viajar em padrões circulares, criando pontos mortos em uma sala quadrada. Além disso, os receptores precisam se alinhar com o campo de uma maneira específica para obter energia.
A solução foi projetar um sistema que gerasse dois campos magnéticos 3D separados. Um viaja em um círculo ao redor do polo central da sala, enquanto o outro gira nos cantos, viajando entre as paredes adjacentes. Essa abordagem elimina pontos mortos, permitindo que os dispositivos retirem energia de qualquer lugar do espaço.
Testes com manequins anatômicos mostraram que o sistema pode fornecer pelo menos 50W de energia para qualquer local da sala sem exceder as diretrizes federais para exposição à energia eletromagnética. Sample disse que é provável, no entanto, que seja possível fornecer níveis mais elevados de energia com mais refinamento do sistema.
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Sala de teste internamente com itens sendo carregados sem fio -
Sala de testes de alumínio -
Capacitores acumulados nas cavidades das paredes
Fonte:
Wireless charging offers pervasive power in buildings. TheEngineer. 01 de setembro, 2021.