Использование магнитных метаматериалов существенно увеличивает эффективность систем беспроводной передачи энергии

IT новости на Учитель программирования Ру
За прошедшее десятилетие исследования в направлении беспроводной передачи энергии привели к разработке нескольких практических технологий, таких, как беспроводная зарядка мобильных и бытовых устройств, электрических автомобилей и т.п. Однако, все эти технологии пока еще имеют ограничения по дальности и достаточно малую эффективность при передаче энергии даже на тех малых расстояниях, на которых они способны функционировать.

В новых исследованиях, проведенных учеными из университета Тенцзи, Шанхай, Китай, был разработан способ значительного улучшения эффективности технологии беспроводной передачи энергии. Использование специальных магнитных метаматериалов, искусственных материалов, имеющих сложную структуру и структуру поверхности, эффективность передачи была увеличена с нескольких процентов до 20 процентов на расстоянии передачи в 4 сантиметра.

Идея беспроводной передачи энергии зародилась в 1890-х года, когда небезызвестный Никола Тесла начал проводить свои первые эксперименты в этом направлении. Теперь, более чем столетие спустя, эта идея вновь привлекла внимание ученых. И уже в 2007 году исследователи Массачусетского технологического института продемонстрировали первые практические системы беспроводной передачи, которые выпускались организованной для этого дела компанией Witricity.

По совпадению, у метаматериалов был достаточно схожая история. В начале 20 века ученые начали следования в области искусственных материалов, которые могли взаимодействовать со светом весьма необычными способами, но только в начале 2000-х, когда в распоряжении людей появились соответствующие технологии, были изготовлены первые образцы истинных метаматериалов.

Метаматериал, созданный китайскими учеными, является основой конструкции катушек, обеспечивающих работу неизлучающей беспроводной передачи энергии, технологии, используемой большинством существующих устройств передачи энергии. Одна катушка создает магнитное поле, а вторая катушка индуктивности служит для создания электрической составляющей электромагнитных колебаний.

Как в большинстве метаматериалов, используемые в метаматериале катушек структуры должны иметь размеры, кратные длинам волн, на которых работает данное устройство. Такой подход позволяет реализовать управление излучением электромагнитных волн такими способами, которые невозможно получить при использовании простых магнитных материалов. В данном случае, основу метаматериала составляют структуры, своего рода “метаатомы”, размерами в 2.6 сантиметра, являющиеся составными частями спиральных медных катушек. Особый размер структур в 2.6 сантиметра очень важен, он обеспечивает сильную связь между резонансными свойствами метаатомов и длиной волны электромагнитного излучения, которая отвечает за увеличение эффективности передачи энергии.

Несмотря на использование “чудесных” метаматериалов, эффективность передачи энергии сильно зависит от расстояния, 32% при 3 сантиметрах, 15% при пяти сантиметрах и 20% при 4 сантиметрах. Но самым интересным расстоянием является именно 4 сантиметра, идеально подходящее для множества определенных областей применения, таких, как зарядка кардиоводителей и других имплантируемых медицинских устройств.

В ближайшем времени исследователи собираются произвести адаптацию разработанной ими технологии беспроводной передачи энергии для множества областей практического применения. И в первую очередь им придется разработать новые технологии изготовления метаматериалов, которые позволят производить такие материалы крупными партиями и по более низкой стоимости, нежели их нынешняя стоимость.

Источник


Поделиться ссылочкой: