Tenkt deg at batteriene i mobilen, MP3-spilleren eller den bærbare PC-en din kan drives eller lades opp uten at du må ha med deg noen lader eller koble enheten til strømnettet. Et eksperiment gjort ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) kan vise seg å være et viktig skritt i retning av å gjøre dette mulig.
Det å overføre energi trådløst er ikke noe problem. Det har blitt gjort i mange år - mikrobølger er et eksempel på dette. Utfordringen er å overføre store mengder energi samtidig som mennesker og andre levende vesener ikke påvirkes om de skulle oppholde seg i energifeltet.
Forskere ved MIT-avdelingene Department of Physics, Department of Electrical Engineering and Computer Science og Institute for Soldier Nanotechnologies (ISN) har greid å få en 60 watts lyspære til å lyse ved hjelp av en energikilde som var plassert drøyt to meter unna. Det var ingen fysisk forbindelse mellom kilden og lyspæren, og som bildet nedenfor viser, var det heller ikke noe problem at en flokk med mennesker befant seg midt mellom sender og mottaker. Eksperimentet ble omtalt i gårsdagens utgave av Science Express.
WiTricity, som MITs eksperimentelle løsning kalles, tar i bruk koblede resonator-objekter. To slike objekter med samme resonansfrekvens er tilbøyelige til å utveksle energi på en effektiv måte, samtidig som de i liten grad påvirker andre objekter i omgivelsene. MIT nevner et barn på en huske som et eksempel på dette. En huske er en type mekanisk resonans, slik det kun er når barnet beveger beina med den naturlige frekvensen til husken at det er mulig å overføre noe særlig energi til husken.
Energien overføres trådløst mellom kobberspolene gjennom sterkt koblet magnetisk resonnans. Spolen til venstre sender energien, den til høyre mottar den og får en 60 watts lyspære til å lyse. Det spiller ingen rolle for overføringen at forskerne sperrer siktlinjen mellom spolene. Forskerne fra MIT er: (foran fra venstre) Peter Fisher og Robert Moffatt; (annen rad) Marin Soljacic; (tredje rad fra venstre) Andre Kurs, John Joannopoulos og Aristeidis Kralis
MIT-forskerne har dog fokusert magnetisk koblede resonatorer. De har gransket et system med to elektromagnetiske resonatorer koblet primært gjennom deres magnetiske felter. Forskerne var i stand til finne et såkalt sterkt koblet regime i dette systemet, selv om avstanden mellom resonatorene var flere ganger større enn resonatorene selv. Dette skal ifølge MIT åpne for effektivt kraftoverføring.
Magnetiske felter påvirker ifølge forskerne biologiske organismer i svært liten grad. Derfor er denne typen kobling svært egnet for dagligdagse bruksområder.
Selve systemet til forskerne består av to kobberspoler, som hver er et resonanssystem i seg selv. Én av spolene er knyttet til en strømkilde og fungerer som en senderenhet. I stedet for å fylle omgivelsene med elektromagnetiske bølger, fylles rommet rundt senderen med et ikke-strålende magnetfelt som svinger med frekvenser i megahertz-størrelsen. Det ikke-strålende feltet formidler energiutvekslingen med mottaker-spolen, som er spesielt designet for å svinge med feltet.
Forskerne mener at spoler som er på størrelse med en bærbar PC skal kunne levere nok energi til å drive en bærbar PC tvers over et rom, selv om det ikke er fri sikt mellom spolene. Men demosystemet har en effektivitet som foreløpig ikke er høyere enn 40 prosent.
Siden løsningen er basert på velkjente, fysiske lover, kan man spørre seg hvorfor ingen har funnet på dette før.
- Tidligere har det ikke vært noen stor etterspørsel etter et slikt system, så folk har ikke hatt noen særlig motivasjon til å se nærmere på det. De siste årene har derimot bærbare elektroniske enheter, slik som bærbare PC-er, mobiltelefoner, MP3-spillere og selv husholdningsroboter, blitt utbredt. Alle krever batterier som ofte må lades opp, sier professor John Joannopoulos, som er direktør for ISN, i en pressemelding.
Løsningen kan bli en realitet om ikke så mange år. Professor Marin Soljacic, som har ledet prosjektet, kommer med følgende anekdote.
- En gang, da sønnen min var omtrent tre år, besøkte vi huset til besteforeldrene han. De hadde en 20 år gammel telefon og sønnen min plukket opp røret og spurte, 'Pappa, hvorfor er denne telefonen feste til veggen med en ledning?'. Det er tankegangen til et barn som vokser opp i en trådløs verden. Forhåpentligvis vil vi snart kunne kvitte oss med enda flere ledninger, i tillegg til batteriene.
Forskningen finansieres av det amerikanske forsvaret, energidepartementet og National Science Foundation.
