Immagina di entrare in un aeroporto o in un negozio di alimentari e il tuo smartphone si avvia automaticamente a caricarsi. Questo potrebbe diventare realtà un giorno, grazie a un nuovo sistema di ricarica laser wireless che supera alcune delle sfide che hanno ostacolato i precedenti tentativi di sviluppare sistemi di ricarica in movimento sicuri e convenienti.

"La possibilità di alimentare i dispositivi in ​​modalità wireless potrebbe eliminare la necessità di portare in giro i cavi di alimentazione per i nostri telefoni o tablet", ha affermato Jinyong Ha, leader del team di ricerca della Sejong University in Corea del Sud. "Potrebbe anche alimentare vari sensori come quelli dei dispositivi Internet of Things (IoT) e dei sensori utilizzati per monitorare i processi negli impianti di produzione."

In Optics Express , i ricercatori descrivono il loro nuovo sistema, che utilizza la luce infrarossa per trasferire in sicurezza alti livelli di potenza. Test di laboratorio hanno dimostrato che potrebbe trasferire 400 mW di potenza luminosa su distanze fino a 30 metri. Questa potenza è sufficiente per caricare i sensori e, con ulteriori sviluppi, potrebbe essere aumentata ai livelli necessari per caricare i dispositivi mobili.

Diverse tecniche sono state studiate per il trasferimento di potenza wireless a lungo raggio. Tuttavia, è stato difficile inviare in sicurezza una potenza sufficiente su distanze di un metro. Per superare questa sfida, i ricercatori hanno ottimizzato un metodo chiamato ricarica laser distribuita, che ha recentemente guadagnato maggiore attenzione per questa applicazione perché fornisce un'illuminazione sicura ad alta potenza con una minore perdita di luce.

"Mentre la maggior parte degli altri approcci richiede che il dispositivo ricevente si trovi in ​​una speciale base di ricarica o sia fermo, la ricarica laser distribuita consente l'autoallineamento senza processi di tracciamento fintanto che il trasmettitore e il ricevitore sono nella linea di visuale l'uno dell'altro", ha affermato Ah. "Passa inoltre automaticamente a una modalità di erogazione sicura a bassa potenza se un oggetto o una persona blocca la linea di vista."

Andare lontano

La ricarica laser distribuita funziona in qualche modo come un laser tradizionale ma invece di integrare i componenti ottici della cavità laser in un unico dispositivo, sono separati in un trasmettitore e un ricevitore. Quando il trasmettitore e il ricevitore si trovano all'interno di una linea di vista, si forma una cavità laser tra di loro nell'aria, o nello spazio libero, che consente al sistema di fornire energia basata sulla luce. Se un ostacolo interrompe la visuale del trasmettitore-ricevitore, il sistema passa automaticamente a una modalità di risparmio energetico, ottenendo un'erogazione di potenza nell'aria priva di rischi.

Nel nuovo sistema, i ricercatori hanno utilizzato una fonte di alimentazione ottica dell'amplificatore in fibra drogata con erbio con una lunghezza d'onda centrale di 1550 nm. Questa gamma di lunghezze d'onda si trova nella regione più sicura dello spettro e non rappresenta un pericolo per gli occhi umani o la pelle alla potenza utilizzata. Un altro componente chiave era un filtro multiplexing a divisione di lunghezza d'onda che creava un raggio a banda stretta con potenza ottica entro i limiti di sicurezza per la propagazione nello spazio libero.

"Nell'unità ricevente, abbiamo incorporato un riflettore con lente sferica per facilitare l'allineamento trasmettitore-ricevitore a 360 gradi, che ha massimizzato l'efficienza del trasferimento di potenza", ha affermato Ha. "Abbiamo osservato sperimentalmente che le prestazioni complessive del sistema dipendevano dall'indice di rifrazione della lente sferica, con un indice di rifrazione di 2,003 che era il più efficace".

Test di laboratorio

Per dimostrare il sistema, i ricercatori hanno impostato una separazione di 30 metri tra un trasmettitore e un ricevitore. Il trasmettitore era costituito dalla sorgente ottica dell'amplificatore in fibra drogata con erbio e l'unità ricevente includeva un catadiottro, una cella fotovoltaica che converte il segnale ottico in energia elettrica e un LED che si illumina quando viene erogata energia. Questo ricevitore, che misura circa 10 x 10 millimetri, può essere facilmente integrato in dispositivi e sensori.

I risultati sperimentali hanno mostrato che un sistema di trasferimento di potenza ottica wireless a canale singolo potrebbe fornire una potenza ottica di 400 mW con una larghezza di linea del canale di 1 nm su una distanza di 30 metri. Il fotovoltaico lo ha convertito in una potenza elettrica di 85 mW. I ricercatori hanno anche dimostrato che il sistema passava automaticamente a una modalità di trasferimento di energia sicura quando la linea di vista veniva interrotta da una mano umana. In questa modalità, il trasmettitore produceva una luce di intensità incredibilmente bassa che non rappresentava alcun rischio per le persone.

"L'utilizzo del sistema di ricarica laser per sostituire i cavi di alimentazione nelle fabbriche potrebbe far risparmiare sui costi di manutenzione e sostituzione", ha affermato Ha. "Questo potrebbe essere particolarmente utile in ambienti difficili in cui i collegamenti elettrici possono causare interferenze o costituire un pericolo di incendio."

Ora che hanno dimostrato il sistema, i ricercatori stanno lavorando per renderlo più pratico. Ad esempio, l'efficienza della cella fotovoltaica potrebbe essere aumentata per convertire meglio la luce in energia elettrica. Hanno anche in programma di sviluppare un modo per utilizzare il sistema per caricare più ricevitori contemporaneamente. + Esplora ulteriormente

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