Um novo sistema, desenvolvido pelos investigadores da Universidade de Sejong, permite transmitir uma potência superior a 30 metros através de luz infravermelha sem fios.
Os investigadores descrevem que o seu novo sistema utiliza luz infravermelha para transferir com segurança elevados níveis de potência.
Através de testes de laboratório, os investigadores demonstraram que o novo sistema podia transferir 400 mW de potência de luz.
Para já, esta quantidade de energia é suficiente para carregar sensores, mas novos progressos podem significar níveis suficientemente elevados para carregar telemóveis em vários locais públicos.
A investigação, publicada no Optics Express, demonstra que a “capacidade de carregar dispositivos sem fios poderia eliminar a necessidade de transportar cabos de energia para os nossos telefones”, afirmou Jinyong Ha da Universidade de Sejong, na Coreia do Sul, líder da equipa de investigação.
Até agora, foram estudados alguns métodos para transferir energia a longo alcance sem fios. No entanto, não era assim tão fácil enviar energia suficiente de uma forma segura.
Por isso, os investigadores trabalharam num método a que chamaram de
“carga distribuída a laser”, que proporciona uma iluminação segura de alta potência com menos perda de luz.
A carga distribuída de laser funciona quase como os lasers tradicionais. Os componentes óticos da cavidade laser não estão integrados num único dispositivo, mas estão separados num emissor e recetor.
Segundo o Interesting Engineering, quando ambos se encontram na linha de visão, é criada uma cavidade laser entre eles, sobre o ar. Isto permite que o sistema forneça energia com base na luz. Quando uma barreira corta a linha de visão entre o emissor e o recetor, o sistema muda para o modo de segurança de energia e mantém a alimentação de energia no ar sem riscos.
Os investigadores utilizaram uma fonte de potência ótica com um amplificador de fibra de érbio com um comprimento de onda central de 1550 nm, durante o desenvolvimento do novo sistema.
Este intervalo de comprimento de onda encontra-se na região mais segura do espetro e não representa qualquer perigo para os olhos ou pele humana com a potência utilizada. Outro componente chave foi um filtro multiplexador de divisão do comprimento de onda que criou um feixe de banda estreita com potência ótica dentro dos limites de segurança para a propagação do espaço livre.
Jinyong Ha explicou que “na unidade recetora, incorporámos um retrorrefletor de lentes esféricas para facilitar o alinhamento entre o emissor e o recetor de 360 graus, o que maximizou a eficiência da transferência de potência. Observámos, experimentalmente, que o desempenho global do sistema dependia do índice de refração da lente esférica, sendo o índice de refração de 2,003 o mais eficaz”.
“Enquanto que a maioria das outras abordagens exige que o dispositivo recetor tenha uma carga especial, a carga distribuída por laser permite o auto alinhamento sem processos de rastreio, desde que o transmissor e o recetor estejam na mesma linha de visão”, disse Ha. “Passa também automaticamente para um modo seguro de fornecimento de baixa energia se um objeto ou uma pessoa bloquear a linha de visão”.
Para testarem o novo sistema, os investigadores colocaram um transmissor e um recetor a 30 metros de distância.
O transmissor foi feito a partir da fonte ótica do amplificador de fibra érbio e a unidade recetora incluía um retrorrefletor, uma célula fotovoltaica que converte o sinal ótico em energia elétrica e um LED que ilumina quando a energia está a ser fornecida.
O recetor de 10×10 mm é suficientemente pequeno para ser integrado em dispositivos.
Os resultados desta experiência revelaram que um sistema de transferência de potência ótica sem fios de canal único poderia criar uma potência ótica de 400 mW, com uma largura de linha de canal de 1 nm, numa distância de 30 metros.
Os investigadores também mostraram que o sistema mudava automaticamente para um modo seguro de transferência de energia quando a linha de visão era interrompida por uma mão humana. Neste modo, o transmissor produziu uma luz de intensidade muito baixa que não representava qualquer risco para as pessoas.
“A utilização do sistema de carregamento a laser para substituir os cabos de alimentação nas fábricas poderia poupar em custos de manutenção e substituição”, afirma Ha. “Isto poderia ser particularmente útil em ambientes agressivos, onde as ligações elétricas podem causar interferências ou constituir um risco de incêndio”.
Agora com provas dadas, os investigadores estão a trabalhar para tornar este sistema mais prático. Por exemplo, a eficiência da célula fotovoltaica poderia ser aumentada para melhor converter a luz em energia elétrica.
Planeiam, ainda, desenvolver uma forma de utilizar o sistema para carregar vários recetores simultaneamente.
