Столовый прибор: беспроводная зарядка стала в сто раз мощнее
Беспроводной стол-подзарядка российского производства, над которым сейчас работают ученые, будет способен питать одновременно около 10 гаджетов: телефонов, планшетов, ноутбуков и других устройств. Предложенная технология использования гибкой метаповерхности позволила в сто раз увеличить расстояние, на которое устройство передает сигнал: радиус действия представленных сегодня на рынке беспроводных зарядок не превышает 1 см, тогда как разработанный отечественными специалистами умный стол сможет питать все гаджеты на расстоянии метра.
Метаматериальные ценности
В университете ИТМО работают над концепцией уникального умного стола. Устройство, которое можно использовать на поверхности рабочего пространства в офисе или дома, служит для беспроводной подзарядки нескольких мобильных гаджетов одновременно. Для создания такого прибора разработчики предлагают использовать метаповерхности –– искусственно созданные материалы, способные управлять электромагнитными волнами.
Как пояснил «Известиям» сотрудник международного научно-исследовательского центра нанофотоники и метаматериалов ИТМО Минчжао Сун, структурой такого метаматериала может служить среда из пенопласта с тонкими металлическими проводами (антеннами), расположенными в нужной геометрии.
–– Мы использовали один слой проводящей решетки, который сформировал так называемую метаповерхность. Эта метаповерхность способна преобразовывать затухающую электромагнитную волну в распространяющуюся, –– отметил он.
Исследователи экспериментально показали, что за счет возбуждения волн метаповерхность может улучшить коэффициент связи между приемным и передающим резонаторами (два цилиндра из керамики, расположенные на метаповерхности, распространяющие электромагнитные колебания) и значительно увеличить расстояние (до 1 м), на которое энергия передается с высокой эффективностью (более 80%). Устройство на основе этой технологии может быть встроено в стол или выполнено в виде переносного гибкого коврика, который можно взять с собой в дорогу.
Энергия на расстоянии
Предложенный принцип работы умного стола, основанный на использовании метаповерхности, уникален, сообщила «Известиям» соавтор работы, доцент кафедры нанофотоники и метаматериалов университета ИТМО Полина Капитанова. Устройств, сделанных по такому принципу, в мире еще просто не существует.
–– Ключевое конкурентное преимущество данной технологии –– в увеличении расстояния, на которое может осуществляться передача энергии, –– отметила она. –– У обычного беспроводного зарядного устройства это расстояние ограничено всего несколькими миллиметрами, тогда как наша система позволяет заряжать гаджеты на расстоянии более метра –– это революционный результат. Наша разработка обещает полностью изменить парадигму дизайна систем беспроводной передачи энергии.
Устройства, которые поддерживают зарядку на расстоянии более сантиметра, сегодня активно создаются во всем мире, пояснили «Известиям» в ИТМО. Однако в них передатчик и приемник связываются между собой по воздуху, поэтому расстояние, на котором может осуществляться зарядка, в трехмерном пространстве ограничено дистанцией от нескольких миллиметров (стандарт Qi, используемый, например, в беспроводном зарядном устройстве Huawei) до сантиметра (стандарт A4WP, используемый в беспроводном зарядном устройстве WiTricity).
–– В нашей же системе, в отличие от прочих, передатчик и приемник взаимодействуют через двумерную метаповерхность. Мы жертвуем одним измерением, но зато на порядок увеличиваем расстояние, на которое передается энергия, –– пояснил Минчжао Сун.
Провода на свалку
Проведенное исследование пока лишь доказало, что предложенная в ИТМО концепция работает. Первая версия прототипа умного стола в настоящий момент в процессе разработки, и в нем еще многое предстоит улучшить. Важный вопрос, который надо решить ученым, состоит в том, что метаповерхность чувствительна к отклонениям в расположении передатчика и приемника относительно друг друга. Сейчас для того, чтобы система работала c максимальной эффективностью, они должны располагаться строго определенным образом. Дальнейшие исследования будут направлены на решение задачи свободного размещения и подзарядки нескольких устройств одновременно.
Предложенная технология нова и перспективна, однако вопросы вызывает ее коммерческий потенциал, считает ассистент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ «МИСиС» Данила Саранин.
–– Это действительно инновационная технология. Но пока неясной остается экономическая сторона: реализуем ли в массовом производстве процесс нанесения метаповерхностей, возможно ли масштабирование соответствующих технологических процессов и насколько это увеличит себестоимость товаров по сравнению с существующими аналогами. Будет ли возможно конкурировать с ними по цене? Надеюсь, что, помимо технических и эксплуатационных преимуществ, разработка умного стола с метаповерхностями будет рентабельна в массовом производстве, –– отметил эксперт.
Со временем благодаря разработке ученых ИТМО можно будет практически полностью избавиться от проводов и подзарядить все свои гаджеты, просто проехавшись в лифте или во время ланча в ресторане, уверен начальник отдела бизнес-акселератора технологического парка ТюмГУ (вуза-участника проекта «5-100») Александр Ермаков.
–– Беспроводная зарядка мобильных устройств сейчас становится таким же атрибутом рабочего пространства, каким некоторое время назад был коврик для мыши, ее можно встретить не только в офисе, но и в автомобиле, в бизнес-классе самолета и много где еще, — считает он. — Однако передача энергии на кратно большем расстоянии, которой добились в ИТМО, открывает намного большие перспективы.
Прототип умного стола может появиться примерно через год.
