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Um sonho de Tesla se torna realidade. Superlens. A energia sem fio a grandes distâncias

Crédito cortesia de Guy Lipworth , pesquisador estudante de graduação na Universidade Duke Universit

O inventor Nikola Tesla imaginou uma tecnologia para transmitir energia através do ar há quase um século, mas as tentativas experimentais no feito, até agora, resultavam em dispositivos complicados que só funcionavam a distâncias muito pequenas. Mas agora, pesquisadores da Universidade de Duke, demonstraram a viabilidade de transferência de energia sem fio usando campos magnéticos de baixa frequência ao longo de distâncias muito maiores do que o tamanho do transmissor e do receptor.

Cada um dos lados de cada cubo constituinte dos "superlens" é definido com um longo, bobina de cobre espiral. O fim de cada serpentina está ligada ao seu duplo, no lado oposto da parede.


O avanço vem de uma equipe de pesquisadores da Escola Pratt de Engenharia de Duke , que usou metamateriais para criar um "superlens" que incide campos magnéticos. Os superlens traduz o campo magnético que emana de uma bobina de energia para sua irmã gêmea quase um metro de distância , induzindo uma corrente elétrica na bobina receptora.

Foi a primeira vez que  tal esquema tem enviado com sucesso energia com segurança e eficiência através do ar com uma eficiência muitas vezes maior do que o que poderia ser alcançado com a mesma configuração sem os superlens .

Resultado de uma parceria com o Instituto de Pesquisa América do Norte da Toyota, apareceram  na revista Nature online em relatórios científicos em 10 de janeiro.

Esta pequena bobina de cobre e seu gêmeo foram utilizados no experimento para enviar e receber energia usando campos eletromagnéticos. No fundo é o metamaterial " superlens " que aumenta drasticamente o alcance da transferência de energia.
Crédito cortesia de Guy Lipworth e Josué Ensworth , pesquisadores estudantes de pós-graduação na Universidade de Duke

" Pela primeira vez nós demonstramos que a eficiência de transferência de energia sem fio magneto- indutivo pode ser melhorada ao longo de distâncias muitas vezes maior do que o tamanho do receptor e transmissor ", disse Yaroslav Urzhumov , professor assistente de pesquisa de engenharia elétrica e informática na Duke University. "Isso é importante porque, se esta tecnologia está a tornar-se uma parte da vida cotidiana , ela deve estar de acordo com as dimensões de bolso eletrônica móvel de hoje. "

No experimento, Yaroslav e a equipe conjunta Duke- Toyota criaram superlens quadrados, que se parecem com algumas dezenas de cubos gigantes de Rubik empilhados juntos . Ambas as paredes exteriores e interiores dos blocos vazados são primorosamente gravado com um fio de cobre em espiral que lembra um microchip. A geometria das bobinas e a sua natureza repetitiva formar um metamaterial que interage com o campo magnético de tal maneira que os campos são transmitidos e confinado dentro de um cone estreito em que a intensidade de energia é muito mais elevado .

Os investigadores colocaram uma pequena bobina de cobre com uma corrente eléctrica alterna que passa por ele , o que cria um campo magnético em torno da bobina . Esse campo , no entanto, cai em intensidade e eficiência de transferência de energia de forma extremamente rápida  quanto mais longe ele fica.

" Se o seu eletroímã é uma polegada de diâmetro , você tem quase nenhum poder, apenas três centímetros de distância ", disse Urzhumov . " Você só tem cerca de 0,1 por cento do que está dentro da bobina. " Mas com os superlens no lugar, ele explicou , o campo magnético é focado quase um metro de distância , com força suficiente para induzir corrente elétrica perceptível em uma bobina receptora de tamanho idêntico .

Urzhumov observou que as manifestações de energia sem fio melhorou -os metamateriais foram feitas antes em um laboratório de pesquisa da Mitsubishi Electric, mas com uma ressalva importante : a distância que o poder foi transmitido foi aproximadamente o mesmo que o diâmetro dos rolos de alimentação . Numa tal configuração , as bobinas teriam de ser muito grandes para trabalhar sobre qualquer distância apreciável .

Um olhar mais atento para os metamateriais "superlens" indicam que feixes de campos eletromagnéticos aumentam a gama de transferências de energia sem fio. Os quadrados são realmente longas bobinas de fio de cobre reminiscente da superfície de um circuito integrado .

Crédito cortesia da Universidade de Duke

"É realmente fácil de aumentar a distância para transferência de poder simplesmente aumentando o tamanho das bobinas ", explicou Urzhumov . "Isso rapidamente se torna impraticável , devido às limitações de espaço em qualquer cenário realista. Queremos ser capazes de utilizar fontes de pequeno porte e / ou receptores , e é isso que os superlens nos permite fazer " .

Outra maneira trivial para aumentar a potência do receptor sem fio , é claro , que simplesmente aumenta o poder . Além de ser prático até certo ponto, em altas potências suficientes os campos iriam começar a tentar arrancar o relógio do pulso do seu pulso . Apesar desta limitação, no entanto, Urzhumov disse que os campos magnéticos têm vantagens distintas sobre o uso de campos elétricos para a transferência de energia sem fio .

" A maioria dos materiais não absorvem muitos campos magnéticos, tornando-as muito mais seguras do que campos elétricos ", disse ele . " Na verdade, a FCC aprova o uso de 3 campos magnéticos de Tesla para imagens médicas , que são absolutamente enorme em relação ao que podemos precisar para alimentar a electrónica de consumo . A tecnologia está sendo projetado com este aumento da segurança em mente. "

Daqui para frente, Urzhumov quer atualizar drasticamente o sistema para torná-lo mais adequado para cenários realistas de transferência de energia , tais como o carregamento de dispositivos móveis como eles se movem em torno de um quarto. Ele planeja construir uma superlens dinamicamente ajustáveis ​​, que podem controlar a direção de seu cone de energia concentrada.

A vista lateral dos metamateriais "superlens". Tanto sua largura e espessura afeta o quão longe ele pode aumentar a transferência sem fio de energia usando campos eletromagnéticos.
Crédito cortesia da Universidade de Duke

"A verdadeira funcionalidade que os consumidores querem e esperam de um sistema útil de energia sem fio é a capacidade de carregar um dispositivo onde quer que seja - e não apenas para carregá-lo sem um cabo", disse Urzhumov. "Produtos comerciais anteriores, como o PowerMat ™ não se tornaram uma solução padrão exatamente por essa razão, eles restringem o usuário a uma determinada área ou região.

Se for bem sucedido, o volume de utilização de "pontos quentes" de energia deve ser substancialmente alargado. Pode não ser fácil, no entanto, para manter a eficiência do feixe de energia, uma vez que se conduziu a um grau elevado. Mas esse é um desafio que Urzhumov e seus colegas ansiosos estão para lidar.

Contatos
Ken Kingery

Duke University

Citação: "Magnetic metamateriais superlens para maior transferência de energia sem fio Faixa", Lipworth, L., Ensworth, J., Seetharam, K., Huang, D., Lee, JS, Schmalenberg, P., Nomura, T., Reynolds, MS, Smith, DR, e Urzhumov, Y. Natureza, 2013.
Fontes: Um Novo Despertar Horizonte News , Ideas, Inventions And Innovations

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