Sebbene i dispositivi mobili come tablet e smartphone ci permettano di comunicare, lavorare e accedere alle informazioni in modalità wireless, le loro batterie devono ancora essere caricate collegandole a una presa. Ma gli ingegneri dell'Università di Washington hanno sviluppato per la prima volta un metodo per caricare in modo sicuro uno smartphone in modalità wireless utilizzando un laser.

Come riporta il team in un documento pubblicato online a dicembre nel Atti della Association for Computing Machinery on Interactive , Mobile, Tecnologie indossabili e onnipresenti, una freccia, il raggio invisibile di un emettitore laser può fornire la carica a uno smartphone seduto in una stanza e può potenzialmente caricare uno smartphone con la stessa rapidità di un cavo USB standard. Per realizzare questo, il team ha montato una sottile cella di alimentazione sul retro di uno smartphone, che carica lo smartphone utilizzando l'energia del laser. Inoltre, le caratteristiche di sicurezza progettate su misura dal team - tra cui un metallo, dissipatore di calore piatto sullo smartphone per dissipare il calore in eccesso dal laser, così come un meccanismo basato su riflettore per spegnere il laser se una persona cerca di muoversi nel percorso del raggio di carica.

"La sicurezza era il nostro obiettivo nella progettazione di questo sistema, " ha detto il co-autore Shyam Gollakota, un professore associato presso la Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering dell'UW. "Abbiamo progettato, costruito e testato questo sistema di ricarica basato su laser con un meccanismo di sicurezza a risposta rapida, che assicura che l'emettitore laser termini il raggio di carica prima che una persona entri nel percorso del laser."

Gollakota e il coautore Arka Majumdar, un assistente professore di fisica e ingegneria elettrica UW, ha guidato il team che ha progettato questo sistema di ricarica wireless e le sue caratteristiche di sicurezza.

"Oltre al meccanismo di sicurezza che interrompe rapidamente il raggio di carica, la nostra piattaforma include un dissipatore di calore per dissipare il calore in eccesso generato dal raggio di ricarica, " ha affermato Majumdar. "Queste caratteristiche conferiscono al nostro sistema di ricarica wireless i solidi standard di sicurezza necessari per applicarlo a una varietà di ambienti commerciali e domestici".

Il raggio di carica è generato da un emettitore laser che il team ha configurato per produrre un raggio focalizzato nello spettro del vicino infrarosso. Il sistema di sicurezza che spegne il raggio di ricarica è incentrato su bassa potenza, innocui raggi di protezione laser, " che vengono emessi da un'altra sorgente laser situata insieme al raggio laser di carica e "circondano" fisicamente il raggio di carica. I "retroriflettori" stampati in 3D personalizzati posizionati attorno alla cella di alimentazione sullo smartphone riflettono i raggi di guardia sui fotodiodi su l'emettitore laser.I raggi di guardia non forniscono alcun addebito al telefono stesso, ma il loro riflesso dallo smartphone all'emettitore consente loro di fungere da "sensore" per quando una persona si sposterà nel percorso del raggio di guardia. I ricercatori hanno progettato l'emettitore laser per terminare il raggio di carica quando un oggetto, come una parte del corpo di una persona, entra in contatto con uno dei raggi di guardia. Il blocco dei raggi di protezione può essere rilevato abbastanza rapidamente da rilevare i movimenti più veloci del corpo umano, sulla base di decenni di studi fisiologici.

"I raggi di guardia sono in grado di agire più velocemente dei nostri movimenti più rapidi perché quei raggi vengono riflessi verso l'emettitore alla velocità della luce, " disse Gollakota. "Di conseguenza, quando il raggio di protezione è interrotto dal movimento di una persona, l'emettitore lo rileva in una frazione di secondo e dispiega un otturatore per bloccare il raggio di carica prima che la persona possa entrare in contatto con esso."

La prossima generazione di dispositivi ottici su nanoscala dovrebbe funzionare con frequenza Gigahertz, che potrebbe ridurre il tempo di risposta dell'otturatore a nanosecondi, aggiunse Majumdar.

Il raggio carica lo smartphone tramite una cella di alimentazione montata sul retro del telefono. Un raggio stretto può fornire una potenza costante di 2 W su un'area di 15 pollici quadrati da una distanza massima di 4,3 metri, o circa 14 piedi. Ma l'emettitore può essere modificato per espandere il raggio del raggio di carica a un'area fino a 100 centimetri quadrati da una distanza di 12 metri, o quasi 40 piedi. Questa estensione significa che l'emettitore potrebbe essere puntato su una superficie di ricarica più ampia, come un bancone o un tavolo, e caricare uno smartphone posizionato ovunque su quella superficie.

I ricercatori hanno programmato lo smartphone per segnalare la sua posizione emettendo "strilli" acustici ad alta frequenza. Questi sono impercettibili per le nostre orecchie, ma abbastanza sensibile da essere captato da piccoli microfoni sull'emettitore laser.

"Questo sistema di localizzazione acustica assicura che l'emettitore possa rilevare quando un utente ha posizionato lo smartphone sulla superficie di ricarica, che può essere un luogo normale come un tavolo dall'altra parte della stanza, " ha detto il co-autore Vikram Iyer, uno studente di dottorato UW in ingegneria elettrica.

Quando l'emettitore rileva lo smartphone sulla superficie di ricarica desiderata, accende il laser per iniziare a caricare la batteria.

"Il raggio fornisce la carica con la stessa rapidità con cui si collega lo smartphone a una porta USB, ", ha affermato il co-autore Elyas Bayati, uno studente di dottorato UW in ingegneria elettrica. "Ma invece di collegare il telefono, lo metti semplicemente su un tavolo."

Per garantire che il raggio di ricarica non surriscaldi lo smartphone, il team ha anche posizionato sottili strisce di alluminio sul retro dello smartphone attorno alla cella di alimentazione. Queste strisce fungono da dissipatore di calore, dissipare il calore in eccesso dal raggio di ricarica e consentire al laser di caricare lo smartphone per ore. Hanno persino raccolto una piccola quantità di questo calore per aiutare a caricare lo smartphone, montando un generatore termoelettrico quasi piatto sopra le strisce del dissipatore di calore.

I ricercatori ritengono che le loro solide caratteristiche di sicurezza e dissipazione del calore potrebbero consentire il wireless, ricarica laser di altri dispositivi, come fotocamere, tablet e persino computer desktop. Se è così, il compito prima di coricarsi di collegare il tuo smartphone, tablet o laptop potrebbero un giorno essere sostituiti con un rituale più semplice:posizionarlo su un tavolo.