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La nueva tecnología permite disponer de energía para los dispositivos en un espacio de prueba

Esta habitación podría cargar todos nuestros dispositivos electrónicos de forma inalámbrica

Sophie Bushwick, editora asociada que cubre tecnología en Scientific American

10/09/2021
¿Qué pasa si tu teléfono inteligente u ordenador portátil comienza a cargarse tan pronto como entra por la puerta? Los investigadores han desarrollado una habitación especialmente construida que puede transmitir energía a una variedad de dispositivos electrónicos dentro de ella, cargando teléfonos y alimentando electrodomésticos sin enchufes ni baterías.*

Este sistema “permite una transferencia de energía inalámbrica segura y de alta potencia en grandes volúmenes”, dice Takuya Sasatani, profesor asistente del proyecto en la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Tokio y autor principal del nuevo estudio, que se publicó recientemente en Nature Electronics.

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Sala de pruebas para transferencia de energía inalámbrica antes de terminarse y amueblarse. Una exposición prolongada revela el camino que tomó una luz LED roja de alimentación inalámbrica mientras se transportaba a través de la habitación. Fuente: Takuya Sasatani y Universidad Yoshihiro Kawahara de Tokio.

La habitación se basa en el mismo fenómeno que los cargadores de teléfonos inalámbricos de corto alcance: una bobina de metal, colocada en un campo magnético que producirá una corriente eléctrica.

Los lugares de carga comerciales existentes utilizan electricidad de una toma de corriente de pared para producir un campo magnético en un área pequeña. Los teléfonos inteligentes más recientes están equipados con una bobina de metal, y cuando se coloca un modelo de este tipo en la base, la interacción genera suficiente corriente para alimentar la batería del teléfono. Pero los productos comerciales de hoy en día tienen una gama muy limitada. Si levanta un teléfono de la base o le pone una funda demasiado gruesa, la transferencia de energía inalámbrica se corta. Pero si un campo magnético llenara toda una habitación, cualquier teléfono dentro de la misma tendría acceso a la energía inalámbrica.

“La perspectiva de tener una habitación, un espacio donde una variedad de dispositivos puedan recibir energía en cualquier lugar es realmente convincente y emocionante”, dice Joshua Smith, profesor de ciencias de la computación e ingeniería eléctrica en la Universidad de Washington, que no participó en el nuevo estudio “y este documento da otro paso para hacerlo posible”.

El sistema constructivo para un servicio seguro y eficiente

En el estudio, los investigadores describen una sala de pruebas personalizada de unos 18 metros cúbicos (aproximadamente lo equivalente a un pequeño contenedor de carga), que Sasatani construyó a partir de paneles de aluminio conductores con un poste de metal en el medio. El equipo equipó la habitación con una lámpara y un ventilador de alimentación inalámbrica, así como con elementos más comunes de una habitación, como una silla, una mesa y una estantería. Cuando los investigadores hicieron pasar una corriente eléctrica a través de las paredes y el polo en un patrón establecido, se generó un campo magnético tridimensional dentro del espacio. De hecho, diseñaron la configuración para generar dos campos separados: uno que llena el centro de la habitación y otro que cubre las esquinas, permitiendo así que cualquier dispositivo dentro del espacio se cargue sin encontrar puntos muertos.

Al realizar simulaciones y mediciones, Sasatani y sus coautores descubrieron que su método podía aportar 50 vatios de potencia en toda la habitación, encendiendo todos los dispositivos equipados con una bobina receptora que probaron: un teléfono inteligente, una bombilla y un ventilador. Sin embargo, se perdió algo de energía en la transferencia. La eficiencia de entrega varió desde un mínimo de 37,1 por ciento hasta un máximo de aproximadamente del 90 por ciento, dependiendo de la fuerza del campo magnético en puntos específicos de la habitación, así como de la orientación del dispositivo.

Sin precauciones, hacer pasar corriente a través de las paredes metálicas de la habitación normalmente la llenaría de dos tipos de ondas: eléctricas y magnéticas. Esto presenta un problema, porque los campos eléctricos pueden producir calor en los tejidos biológicos y representar un peligro para los humanos. Entonces, el equipo incorporó condensadores, dispositivos que almacenan energía eléctrica, en las paredes. “Confina los campos magnéticos seguros dentro del volumen de la habitación mientras confina las partes peligrosas dentro de todos los componentes incrustados dentro de las paredes”, explica Sasatani.

Los investigadores también probaron la seguridad de la habitación ejecutando simulaciones por ordenador, midiendo a qué estaría expuesto el cuerpo humano en un modelo digital de la habitación con energía. Autoridades como la Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos han establecido estándares sobre la cantidad de radiación electromagnética a la que el cuerpo humano puede estar expuesto de manera segura, y la simulación sugirió que la absorción de energía en la sala de pruebas se mantendría muy por debajo de los límites aceptables. “No estamos diciendo de manera general que esta tecnología sea segura en todos los usos; todavía estamos explorando”, dice el coautor del estudio Alanson Sample, profesor asociado en el departamento de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de la Universidad de Michigan. “Pero nos da algo de confianza... que todavía hay mucho espacio para que estemos por debajo de ese umbral de energía, donde aún podemos cargar tu teléfono móvil con la misma facilidad con que entra en una habitación, sin tener que preocuparse por esos problemas de seguridad ".

Aplicaciones

Más allá de los teléfonos, Sample sugiere que una sala de carga inalámbrica dedicada permitiría que una variedad de dispositivos electrónicos (sensores, robots móviles o incluso implantes médicos) funcionen en segundo plano, recargándose sin una conexión por cable y permitiendo que los humanos los ignoren en gran medida. La técnica también podría aplicarse a situaciones más especializadas. “Me imagino que esto es realmente útil para espacios costosos y altamente instrumentados como, por ejemplo, un quirófano”, dice Smith, “donde se puede imaginar tener varios instrumentos y dispositivos que se pueden alimentar sin necesidad de cables”.

Pero esas aplicaciones aún están lejos en el futuro. “Es demasiado engorroso colocar láminas de aluminio en todas las paredes; ese beneficio aún no tiene sentido”, dice Sample. “Acabamos de desarrollar una técnica completamente nueva. Ahora tenemos que averiguar cómo hacerlo práctico ". Él planea continuar investigando si revestir las habitaciones existentes con material conductor o construir paredes especializadas que contienen capas conductoras podría permitir la construcción de salas de carga inalámbrica que también cumplan con los códigos de construcción. Mientras tanto, Sasatani espera mejorar la eficiencia de la transmisión de energía en la habitación y eliminar los puntos persistentes a los que no llega la carga.

La carga inalámbrica es un concepto extremadamente competitivo, con múltiples empresas emergentes que compiten por transmitir energía a través de electromagnetismo, láseres u ondas sonoras. “Mucha gente está interesada en enfoques del tipo de formación de haces, en los que en realidad se genera una onda de radio que se propaga y se puede dirigir”, dice Smith. “La ventaja del enfoque aquí en este documento es que los campos son predominantemente magnéticos, lo que es más seguro y permite una mayor potencia para el mismo nivel de seguridad, en comparación con la transmisión real de una onda de radio en propagación, donde tiene aproximadamente los mismos campos eléctricos y magnéticos. " Por otro lado, señala, un rayo de carga no requeriría una habitación de metal hecha a medida con un poste en el medio. Cada técnica puede tener sus propios usos”.

“Hay otros mecanismos de carga que son de campo más lejano, que le brindan un alcance mucho más largo”, dice Sample. “Pero realmente no existe un mecanismo que brinde, digamos, 10 vatios de potencia en cualquier lugar de un espacio”.

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