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Electricidad sin cables. Hacia un nuevo mundo de electricidad inalámbrica
A fines del siglo XIX, el descubrimiento de que la electricidad podía usarse para hacer que una bombilla brillara causó una explosión en la investigación dirigida a encontrar la mejor manera de transmitir electricidad.
A la cabeza de la carrera estaba el famoso físico e inventor Nikola Tesla, quien desarrolló un grandioso proyecto. Incapaz de creer en la realidad de crear una red colosal de cables que cubre todas las ciudades, calles, edificios y habitaciones, Tesla llegó a la conclusión de que el único método de transmisión realizable es inalámbrico. Diseñó una torre de unos 57 metros de altura, que se suponía que transmitía energía a una distancia de muchos kilómetros, e incluso comenzó a construirla en Long Island. Se llevó a cabo una serie de experimentos, pero la falta de dinero no permitió completar la torre. La idea de transmitir energía por aire se dispersó tan pronto como resultó que la industria podía desarrollar e implementar una infraestructura cableada.
Y ahora, hace unos años, el profesor asociado del Departamento de Física del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), Marin Soljačić, fue despertado de un dulce sueño por los gritos insistentes de un teléfono móvil. "El teléfono no se detuvo, exigiendo que lo configurara para cargar", dice Soljacic. Cansado y no a punto de levantarse, comenzó a soñar que el teléfono, estando en casa, comenzara a cargarse solo.
Soljacic comenzó a investigar formas de transferir energía sin cables. Abandonó proyectos de transmisión de energía de largo alcance como el proyecto Tesla y se centró en métodos de transmisión de energía de corto alcance que permitirían cargar o incluso encender dispositivos portátiles: teléfonos móviles, PDA, computadoras portátiles.
Al principio, consideró la posibilidad de utilizar ondas de radio que transmiten información de manera tan eficiente a distancia, pero descubrió que en este caso la mayor parte de la energía se disiparía en el espacio. El uso de un láser requería que la fuente de energía y el dispositivo recargable estuvieran en el campo de visión entre sí sin ningún obstáculo entre ellos. Además, este método estaba plagado de daños a los objetos atrapados en la línea de transmisión. Por lo tanto, Soljacic comenzó a buscar un método de transmisión que fuera efectivo, es decir, capaz de transmitir energía sin dispersarlo y seguro.
Al final, se decidió por el fenómeno del acoplamiento resonante, cuando dos objetos sintonizados a la misma frecuencia intercambian energía intensamente entre sí, mientras solo interactúan débilmente con otros objetos. Una ilustración clásica de este efecto es la experiencia con varias copas llenas de vino, cada una a un nivel diferente al resto. Como resultado, para cada vidrio hay una frecuencia única de sonido que causa vibración. Si un cantante toma nota de la frecuencia adecuada, una de las gafas puede recibir una dosis de energía acústica tal que se desmorone, mientras que las gafas restantes permanecerán intactas.
Soljacic se dio cuenta de que la resonancia magnética es una forma prometedora de transferir electricidad. El campo magnético se extiende libremente en el espacio y, en las frecuencias correctas, es inofensivo para los seres vivos. Trabajando en conjunto con los profesores de física del MIT John Joannopoulos y Peter Fisher y tres estudiantes, desarrolló un dispositivo simple que encendía una bombilla de 60 vatios de forma inalámbrica.El dispositivo consistía en dos bobinas de cobre sintonizadas por resonancia suspendidas del techo a una distancia de aproximadamente dos metros. Una bobina se conectó a una fuente de CA y creó un campo magnético. Una segunda bobina sintonizada a la misma frecuencia y conectada a la bombilla, resonando en un campo magnético, generó una corriente que encendió la bombilla. El dispositivo funcionaba incluso cuando se colocaba una pared delgada entre las bobinas.
Es de destacar que la instalación ni siquiera requiere una línea de visión directa entre el receptor y el transmisor. Como experimento, se colocaron láminas de cartón y hierro entre ellas, pero esto no afectó el suministro de corriente.
El dispositivo más efectivo creado en este momento consiste en bobinas de cobre de 60 centímetros y un campo magnético con una frecuencia de 10 megahercios. Le permite transmitir energía a una distancia de dos metros con una eficiencia del 50 por ciento. Se están realizando investigaciones con plata y otros materiales para reducir el tamaño de las bobinas y aumentar la eficiencia. Soldacic espera alcanzar una eficiencia de transmisión del 70-80 por ciento.
Los físicos de Massachusetts explican que el principio de la instalación se basa en el mecanismo de resonancia, es decir, un fenómeno que causa vibraciones en un objeto cuando está expuesto a energía de cierta frecuencia. Sin embargo, cuando dos objetos tienen índices de resonancia iguales, pueden intercambiar energía y de ninguna manera afectar los objetos circundantes.
En la naturaleza, hay muchos ejemplos de resonancia. El ejemplo más famoso de resonancia es cuando varios vasos de vidrio idénticos se llenan con diferentes cantidades de agua, si cada vaso se golpea con una cuchara de metal, entonces cada vaso emitirá un sonido único.
En lugar de resonancia acústica, los físicos usaron resonancia de frecuencia de ondas electromagnéticas en WiTricity. En la instalación, ambas bobinas resuenan en el rango de frecuencia de 10 MHz e intercambian electricidad y cuanto más larga sea la interacción entre los elementos, más corriente llega al receptor. Además, cuanto más bajo es el rango de resonancia, se obtiene como resultado un rango de longitud de onda más larga y mayor puede ser la distancia entre el receptor y el transmisor.
Otro factor importante es que esta configuración no daña la salud humana, ya que funciona a bajas frecuencias principalmente en el espectro magnético.
"Hasta donde sabemos, los organismos humanos no reaccionan a la interacción magnética. Si su frecuencia fuera notable, por ejemplo, 2 GHz, entonces obtendría el efecto de un horno de microondas y eso habría sido un efecto completamente diferente", dice uno de los desarrolladores de la instalación, Marine Soladzic.
Actualmente se están investigando otras formas de recargar las baterías de forma inalámbrica. Startups como Powercast, Fulton Innovation y WildCharge han comenzado a comercializar adaptadores que permiten la carga inalámbrica de teléfonos móviles, reproductores de MP3 y otros dispositivos en el hogar o en el automóvil. Pero el enfoque de Soljacic es diferente, ya que permite la carga automática de dispositivos tan pronto como entran en el campo de acción de un transmisor inalámbrico.
El trabajo del grupo Soljacic atrajo la atención de las empresas que fabrican dispositivos electrónicos, así como la industria automotriz. La investigación fue financiada por el Departamento de Defensa de EE. UU., Que esperaba obtener tecnología inalámbrica de recarga automática de batería. Sin embargo, Soldjacic prefiere no extenderse sobre la posible aplicación industrial de su tecnología.
Hay tantas aplicaciones potenciales en el mundo actual de baterías donde nuestra tecnología se puede utilizar ", dice." Es un método muy poderoso ".
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