Современная технология беспроводной зарядки мобильных гаджетов хоть и упрощает процесс восполнения заряда батареи, но по-прежнему имеет ряд ограничений. Стандарт QI действительно избавляет пользователей смартфонов и носимой электроники от необходимости подключать кабель к разъёму своих устройство, однако «привязывает» данный процесс к определённому месту — поверхности с зарядной площадкой . Решение, которое не требовало бы выполнения каких-либо дополнительных манипуляций с тем же смартфоном, совершит настоящий прорыв, революцию в отрасли. Первые шаги в этом направлении, как, например, стартап Cota , делаются уже сейчас. Однако эффективность описанной системы заставляет сомневаться в технологии не только экспертов, но и простых обывателей. Тем не менее, именно сигнал Wi-Fi рассматривается в качестве альтернативного и условно перспективного способа передачи заряда на расстоянии, что и было продемонстрировано исследователями Лаборатории сенсорных систем при Вашингтонском университете на примере их собственной системы «Power over WiFi».
Учёные сумели, взяв за основу сигнал Wi-Fi, обеспечить автономную работу камеры видеонаблюдения и датчика, определявшего температуру. Таким образом специалисты Вашингтонского университета на практике подтвердили, что обсуждаемая технология имеет право на жизнь в определённых ситуациях.
Необходимо отметить, что стандартный сигнал в зоне беспроводного покрытия показался американским учёным недостаточно надёжным, так как пакетный формат передачи данных в те моменты, когда этого требует подключённое к публичной сети устройство, не позволял задействовать роутер в качестве беспрерывного источника питания. Поэтому команда инженеров немного модифицировала точку доступа на базе серийного чипсета Atheros AR9580, что никоим образом не отразилось на качестве предоставляемой услуги — обеспечение доступа в Интернет. В результате усовершенствованная модель роутера непрерывно наполняла зону покрытия так называемым «шумом» в виде радиосигнала, который отвечал только за подзарядку электроники с самодельным Wi-Fi-модулем на борту. Последний, в свою очередь, выступал не только в роли приёмника, но и отвечал за сбор полученной беспроводным путём энергии.
Доступный на рынке роутер TP-Link TL-WDR4300, оснащённый радиомодулем AR9580 для работы в диапазоне 5 ГГц
Итогом проведённого эксперимента, в котором была использована видеокамера OV7670 и простой температурный датчик, стал следующий результат: разработчики системы «Power over WiFi» сумели обеспечить беспроводное питание датчика для его непрерывной работы на расстоянии шесть метров от источника сигнала. Что же касается камеры, то здесь достижения оказались значительно скромнее: в режиме фотосъёмки накопленного за 35 минут заряда с помощью Wi-Fi хватало лишь на то, чтобы сделать один чёрно-белый снимок с разрешением 174 x 144 пикселей (на это требовалось 10,4 мДж). Учёные прибегли к двум различным схемам компоновки модуля-приёмника, вследствие чего рабочее расстояние от роутера до камеры колебалось в пределах 5-8 метров включая разделяющую источник и приёмник сигнала стену.
Как утверждают авторы проекта «Power over WiFi», беспроводные сети могут стать вполне приемлемым способом подзарядки для устройств с минимальным энергопотреблением, которые активировались бы на короткий промежуток времени — датчиков для мониторинга резких изменений окружающей среды.
Радиоволны от сетей WiFi полностью заполняют пространство внутри помещений. На самом деле, это излучение несёт в себе немалую энергию, которая пропадает зря, впустую нагревая стены и мебель квартиры. Её можно использовать с пользой - для зарядки аккумуляторов и работы миниатюрной электроники.
Например, вот прототипы четырёх гаджетов, которые получали питание от WiFi в рамках сиэтлского эксперимента (о нём ниже).
Камера без батареи (максимальное расстояние от маршрутизатора может быть 5,8 м)
Температурный датчик (макс. расстояние 6 м)
Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов (макс. расстояние 8,5 м)
Зарядное устройство для NiMH-аккумуляторов (макс. расстояние 8,5 м)
В Сиэтле шесть домов приняли участие в эксперименте. Им раздали WiFi-маршрутизаторы и коллекцию электрических гаджетов со сборщиком энергии, который преобразует радиоволны 2,4 ГГц в постоянный ток.
Эксперимент в реальных условиях показал, что в течение 24 часов все розданные устройства питались исключительно энергией от радиоволн WiFi, при этом маршрутизатор продолжал успешно выполнять свою основную функцию, раздавая интернет-трафик на компьютеры и прочие домашние устройства.
Авторы говорят, что ключевой проблемой при передаче энергии по WiFi является неравномерная структура передачи, из-за чего трудно достичь напряжения, которое необходимо для работы мобильных устройств (0,3V).
Поэтому разработчики представили PoWiFi - по их словам, первую в мире реально работающую систему, которая использует существующие коммерчески доступные чипсеты WiFi для сбора энергии и питания. Ключевыми элементами этой системы являются WiFi-передатчик и модуль для сбора энергии.
В частности, Atheros-чипсет WiFi-передатчика модифицировали, чтобы внедрять небольшое количество трафика в пустующие промежутки.
Модуль для сбора энергии сделали так, чтобы он работал одновременно на нескольких каналах WiFi 2,4 ГГц.
Конструкция модуля: согласующая цепь, выпрямитель электрического тока преобразует энергию волн в постоянный ток, а потом напряжение повышается до полезного уровня конвертером DC-DC. Модуль демонстрирует потери на отражение менее чем -10 dB в рабочем диапазоне WiFi 72 МГц.
Исследователям удалось успешно запитать по WiFi видеокамеру Omnivision OV7670 VGA и температурный сенсор, а также зарядить аккумуляторы Li-Ion и NiMH (стандартные пальчиковые батарейки).
Все детали описанной конструкции объясняются в научной работе , там же оценивается эффективность работы системы по результатам эксперимента.
P.S. Интересно, что в одном из дополнительных экспериментов исследователи соорудили конструкцию из двух антенн, своего модуля сборки энергии с выходом на USB.
Такая система позволяет заряжать любые USB-гаджеты с неплохой скоростью. Например, фитнес-браслет Jawbone UP24 они довели до 41% всего за 2,5 часа.
Неплохо бы поставить побольше таких сборщиков энергии в квартире. Или по всему подъезду.
«До сих пор большое количество работ по исследованию метаматериалов были чисто теоретическими. Мы же показали, что немного практики помогут этим материалам стать полезными для всеобщего применения», - скромно говорят разработчики.
Метаматериалы по сути представляют собой композиционные , свойства которых обусловлены не столько свойствами составляющих элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой.
Метаматериалы синтезируются внедрением в исходный природный материал различных периодических структур с самыми различными геометрическими формами, которые модифицируют диэлектрическую и магнитную восприимчивости исходного материала.
Зарядка от сети или по USB, традиционная и портативная батарея – все это может в скором времени стать историей. Помочь вам забыть эти анахронизмы могут двое студентов-инженеров, Аллен Хокс (Allen Hawkes) и Александр Катко (Alexander Katko), из школы Инжиниринга Университета Дюка, при поддержке профессора Стивена Каммера (Steven Cummer).
Используя метаматериалы, они разработали устройство, которое улавливает сигнал беспроводного интернета и конвертирует его в . По словам разработчиков, эффективность этого «собирателя энергии» выше, чем при проводной зарядке, а выходные параметры очень близки к .
Устройство конвертирует СВЧ Wi-Fi сигнал в постоянный ток, подходящий для непосредственной зарядки батареи мобильного телефона или любого другого портативного устройства. Ключом в этой технологии служит метаматериал с определенными свойствами, подобранными таким образом, чтобы улавливать различные формы волнового излучения и трансформировать их в пригодную для применения форму. После успешных испытаний разработчики уверяют, что источником энергии могут служить сигналы со спутников, звук или WiFi сети.
«Этот дизайн можно адаптировать под преобразование излучений различной частоты и природы, включая вибрацию и звук», -говорит Катко.
В наш век, когда мы постоянно окружены различного рода излучениями – теле- и радио вещания, мобильных сетей и пр. – эта технология позволит заряжать наши телефоны где бы мы не находились.
Хокс и Катко соединили последовательно 5 метаматериальных пластин из стекловолокна с вплетенным медным проводником. Полученное устройство преобразует WiFi сигнал в ток напряжением 7.3 В, в то время, как стандарт USB лимитирован 5 В. Эффективность преобразования энергии составляет 36.8 %, что сравнимо с солнечной панелью.
Метаматериал был получен путем объединения стекловолокна, меди и золота и обладает настолько необычной комбинацией свойств исходных материалов, что спокойно может быть назван «сверхматериалом».
«Представьте . В этой ткани свет может проходить только по нитям. Если при помощи иглы вы поделаете в ней отверстие, свет пойдет в обход него, сохраняя исходный путь движения, поскольку он может двигаться только по нити. Свет продолжит движение, а отверстие остается по сути «невидимым»», - объясняет Девид Смит (David Smith) из Университета Дюка.
Метаматериал действует схожим способом, контролируя каким образом волны движутся через его структуру, делая возможным улавливание этих волн и преобразование их энергии.
Исследователи сообщают, что данный метаматериал может быть применен для повышения энергетической эффективности наших домов и квартир. Например, потолок может быть покрыт таким материалом и будет улавливать сигнал беспроводного интернета, как бы повторно используя энергию, которая обычно теряется.
Пока мы продолжаем подключать наши мобильные устройства к розеткам, совершенствование технологии идет полным ходом. Хокс и Катко работают над повышением эффективности и миниатюризацией, чтобы сделать возможным встраивание такого устройства в мобильный телефон. И мы наконец перестанем переживать из-за забытого дома зарядного устройства.
По материалам: dailymail.co.uk
В нашем мире, когда нас в офисе, дома, у друзей, везде окружают одни провода, беспроводная зарядка это спасение. Имея в распоряжении несколько устройств, я могу спорить, что у вас возле кровати, как минимум две зарядки. Я прав? Именно из-за этого, многие смартфоны на рынке имеют возможность беспроводной зарядки, по стандарту Qi. Сегодня, компания Ossia Inc…
В нашем мире, когда нас в офисе, дома, у друзей, везде окружают одни провода, беспроводная зарядка это спасение. Имея в распоряжении несколько устройств, я могу спорить, что у вас возле кровати, как минимум две зарядки. Я прав?
Именно из-за этого, многие смартфоны на рынке имеют возможность беспроводной зарядки, по стандарту Qi. Сегодня, компания Ossia Inc совершила очередной прорыв, по заверениям представителей компании, все устройства, которые имеют Bluetooth или Wi-Fi, могут заряжаться вообще без проводов.
В отличии от существующих стандартов беспроводных зарядок, которые работают на очень маленьком расстоянии, разработка компании Ossi Inc, которая называется Cota, обеспечивает зарядку устройств на расстоянии до 30 метров. Данная технология, использует сигналы Wi-Fi и Bluetooth-волны, в качестве «проводов», по которым и передаётся заряд. Кроме того, Cota Ossia, использует для этого уже существующие антенны, которые установлены в устройствах. Исходя из этого, производителям не нужно будет ничего менять. Всё, что потребуется, это установка специального чипа, который преобразовывает сигнал.
Как и следовало ожидать, с появлением новой технологии беспроводной зарядки, появились и новые зарядные устройства и так называемые «приёмники». Крошечные IC приёмники, могут быть установлены как на саму плату смартфона или планшета, так и в саму батарею. После того, как зарядное устройство Cota Ossia обнаружит в радиусе своего действия, данный чип, оно будет «отдавать» на приёмник тысячи сигналов, которые чип будет преобразовывать и таким образом, аккумулятор устройства будет получать нужный ему заряд. Если же вы боитесь какого-либо излучения, то по заверениям представителей компании Ossia Inc., их зарядное устройство излучает сигнал не больше, нежели мобильный телефон во время разговора.
Беспроводная зарядка нового поколения: Ossia Cota
Исходя из этого, такие зарядные устройства могут быть установлены где угодно: в доме, офисе, кафе и даже на открытом воздухе. Так что, при использовании данной технологии беспроводной зарядки, вы сможете заряжать свои устройства, даже не подозревая об этом. Стоит отметить, что по такой технологии могут пополнять заряд не только смартфоны и планшеты, но и другие бытовые приборы. По крайней мере, так заявили представители компании производителя.
На данный момент, Ossia Inc. намерена заключать контракты с различными производителями как мобильных устройств, так и бытовой техники. Учитывая то, что смартфоны в наше время живут всё чаще «у розетки», то данная технология может стать действительно прорывом, в данной области.
Беспроводные зарядные устройства уже сейчас стремительно набирают популярность и начинают активно занимать свою нишу на рынке. Но подобной технологии уже активно наступает на пятки такая идея, как зарядить телефон через Wi-Fi.
Хронология развития
Идея передачи энергии на большие расстояние без использования сопутствующих проводников уже давно будоражит умы лучших мыслителей планеты. Первые подвижки в этом деле наметились еще в начале XX века.
Открыл, осуществил и описал же такую технологию небезызвестный сербский ученый Никола Тесла. Но социум не был готов к подобным технологиям, так как в памяти народа еще были живы воспоминания об охоте на ведьм и инцидентах в Салеме, а потому технология была предана забвению и канула в Лету. Но лишь до определенных пор.
С того момента прошло немало времени, случилось несколько мировых войн, и вот человечество достигло того уровня развития, при котором идеи почти вековой давности становятся не такими уж безумными и неприемлемыми.
К тому же технический прогресс и эволюция микропроцессорной техники являются весьма приличным подспорьем для осуществления преобразования электромагнитных волн в направленный поток электрической энергии.
Не стоит сомневаться, что где-то на закрытых объектах уже давно разработана и доведена до совершенства подобная технология. Но в промышленных целях эти устройства вряд ли будут использоваться. А потому предлагаю рассмотреть те варианты, которые были изначально ориентированы на выход на гражданский рынок.
Современный уровень развития
Первый раз мы услышали о том, что зарядка телефона через Wi-Fi стала возможной, около пяти лет назад. Это приспособление было продемонстрировано на CES 2010 под названием RCA Airnergy Charger. По описаниям принципа работы оно было похоже на предложенное Теслой устройство.
Airnergy
Приспособление представляло собою небольшую коробочку вполне приемлемых габаритов для того, чтобы постоянно носить его в кармане пиджака; из коробочки выходил кабель для подключения к телефону. Внутри имелись небольшая схема с приемником Wi-Fi-сигнала и аккумулятор небольшой емкости. Конкретные технические данные не были опубликованы, но образная модель работы устройства была изложена.
Приемник перехватывает радиоволны, по которым транспортируется информация, регистрирует их колебания, частоту и амплитуду. После чего схема выстраивает их в таком порядке, что они ничем не отличаются от колебаний электроэнергии. Завершив трансформацию, новообразованное электричество начинает заполнять емкость аккумулятора. Остается только подключить устройство и наблюдать, как происходит зарядка.
Но, увы, несмотря на гениальность идеи, ее реализация оставляла желать лучшего. Не совсем хорошо отшлифованная общая методика работы, эргономика и внутреннее обустройство платы не позволяли даже выйти на рынок. Что уж говорить о возможности конкурировать с традиционными методами подачи электропитания.
КПД был чудовищно низким, несмотря на то, что на представлении было заявлено о зарядке BlackBerry-устройства с 30% до полного заряда всего за 90 минут. Но на деле технология была сырой, а заявленный на лето того же года выход устройства так и не состоялся. Его стоимость должна была составить около 40 долларов США.
Продукт от Energous
В настоящее время компания Energous уже продает такое устройство. Технологические тонкости не раскрываются из соображения защиты интеллектуальной собственности, так как эта технология уже более совершенна, чем описанная ранее.
Здесь уже не требуется подключения к гаджету для зарядки. Устройство само преобразовывает волны таким образом, что они ориентированы не на передачу данных, а на пополнение уровня заряда. Единственный существенный минус – работа лишь в одном режиме: приспособление либо заряжает мобильное устройство, либо предоставляет доступ к сети.
Пожалуй, если бы не столь специфический принцип работы и необходимость покупать новый смартфон, то аппарат нашел бы свою аудиторию.
Power over Wi-Fi
Наконец мы добрались до флагмана реализации подобной задумки. Под конец первой половины нынешнего года стало известно, что Вашингтонский исследовательский университет находится на стадии активного тестирования новой технологии power over Wi-Fi, которая уже тогда позволяла заряжать не только аккумуляторы мобильных устройств. Удовлетворительные результаты были получены также при пополнении уровня заряда батареек в часах.
По сравнению с двумя предыдущими методами зарядки, у данного способа имеется несколько отличительных черт.
Во-первых, не требуется ни покупать отдельные специальные устройства, ни новый смартфон. Все, что нужно, – перепрошить домашний роутер. Это никоим образом не повлияет на его работоспособность в качестве ретранслятора информации. Аппаратных изменений не требуется вовсе.
