Os cientistas descobriram uma maneira de transmitir eletricidade sem fio a um objeto em movimento nas proximidades.
O método pode ter aplicações em transporte, dispositivos médicos e muito mais. Se os carros elétricos pudessem se recarregar enquanto dirigiam por uma rodovia, por exemplo, eliminariam virtualmente as preocupações sobre a autonomia e reduziriam seus custos, talvez tornando a eletricidade o combustível padrão para os veículos.
"Além de promover o carregamento sem fio de veículos e dispositivos pessoais como celulares, nossa nova tecnologia pode desvincular a robótica na fabricação, que também está em movimento", diz Shanhui Fan, professor de engenharia elétrica da Universidade de Stanford e autor sênior do projeto. estude.
"Em teoria, pode-se dirigir por um período ilimitado de tempo sem ter que parar para recarregar ..."
"Ainda precisamos aumentar significativamente a quantidade de eletricidade que está sendo transferida para carregar carros elétricos, mas talvez não precisemos aumentar muito a distância", diz ele.
O grupo baseou-se na tecnologia existente desenvolvida no 2007 no MIT para transmitir eletricidade sem fio a uma distância de poucos metros a um objeto estacionário. No novo trabalho, a equipe transmitiu eletricidade sem fio para uma lâmpada LED em movimento. Essa demonstração envolveu apenas uma carga de 1-milliwatt, enquanto os carros elétricos geralmente exigem dezenas de quilowatts para operar.
A equipe está agora trabalhando para aumentar consideravelmente a quantidade de eletricidade que pode ser transferida e aprimorando o sistema para estender a distância de transferência e melhorar a eficiência.
Indo mais longe
O carregamento sem fio resolveria uma grande desvantagem dos carros elétricos plug-in - seu raio de ação limitado. A Tesla Motors espera que o próximo modelo 3 atinja mais de 200 milhas em uma única carga e o Chevy Bolt, que já está no mercado, tenha um alcance anunciado de 238 milhas. Mas as baterias de veículos elétricos geralmente levam várias horas para recarregar completamente. Um sistema de carga-como-você-dirigir superaria essas limitações.
"Em teoria, pode-se dirigir por um período ilimitado de tempo sem ter que parar para recarregar", explica Fan. “A esperança é que você possa carregar seu carro elétrico enquanto estiver dirigindo pela estrada. Uma bobina no fundo do veículo poderia receber eletricidade de uma série de bobinas conectadas a uma corrente elétrica embutida na estrada ”.
Alguns especialistas em transporte prevêem um sistema rodoviário automatizado, onde os veículos elétricos sem motoristas são carregados sem fio por energia solar ou outras fontes de energia renovável. O objetivo seria reduzir os acidentes e melhorar drasticamente o fluxo de tráfego, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa.
A tecnologia sem fio também pode auxiliar na navegação por GPS de carros sem motoristas. O GPS é preciso até cerca de 35 pés. Por segurança, os carros autônomos precisam estar no centro da pista onde as bobinas do transmissor seriam embutidas, fornecendo um posicionamento muito preciso para os satélites GPS.
Feito com ímãs
A transferência de energia sem fio de médio porte é baseada no acoplamento de ressonância magnética. Assim como as principais usinas de energia geram correntes alternadas ao girar bobinas de fio entre os ímãs, a eletricidade que passa pelos fios cria um campo magnético oscilante.
Este campo também faz com que os elétrons de uma bobina próxima de fios oscile, transferindo energia sem fio. A eficiência da transferência é melhorada se ambas as bobinas estiverem sintonizadas na mesma freqüência de ressonância magnética e estiverem posicionadas no ângulo correto.
No entanto, o fluxo contínuo de eletricidade só pode ser mantido se alguns aspectos dos circuitos, como a freqüência, forem sintonizados manualmente à medida que o objeto se move. Portanto, tanto a bobina de transmissão de energia quanto a bobina receptora devem permanecer quase estacionárias, ou o dispositivo deve ser ajustado automática e continuamente - um processo significativamente complexo.
Para enfrentar o desafio, a equipe de pesquisa eliminou a fonte de radiofrequência no transmissor e a substituiu por um amplificador de tensão e um resistor de realimentação disponíveis comercialmente. Este sistema calcula automaticamente a frequência correta para diferentes distâncias sem a necessidade de interferência humana.
“A adição do amplificador permite que a energia seja transferida de forma muito eficiente na maior parte dos três pés e apesar da mudança de orientação da bobina receptora”, diz o estudante de pós-graduação Sid Assawaworrarit, principal autor do estudo. “Isso elimina a necessidade de sintonização automática e contínua de qualquer aspecto dos circuitos.”
O Assawaworrarit testou a abordagem colocando uma lâmpada LED na bobina receptora. Em uma configuração convencional sem ajuste ativo, o brilho do LED diminuiria com a distância.
Na nova configuração, o brilho permaneceu constante quando o receptor se afastou da fonte por uma distância de cerca de três pés. A equipe de Fan recentemente apresentou um pedido de patente para o último avanço.
O grupo usou um amplificador de uso geral pronto para uso com uma eficiência relativamente baixa de cerca de 10 por cento. Eles dizem que amplificadores personalizados podem melhorar essa eficiência para mais de 90 por cento.
"Podemos repensar como fornecer eletricidade não apenas para nossos carros, mas para dispositivos menores em nossos corpos", diz Fan. “Para qualquer coisa que possa se beneficiar do carregamento dinâmico e sem fio, isso é potencialmente muito importante”.
O Centro TomKat para Energia Sustentável em Stanford apoiou parte do trabalho.
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Fonte: Universidade de Stanford
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