Инфракрасный лазер Wi-Charge зарядит смартфон, ноутбук и элементы IoT на расстоянии

Приветствуем вас на страницах блога iCover! Представьте себе, что необходимость заряжать огромное количество стационарных и мобильных устройств в вашем умном доме привычными способами осталась в прошлом. Ваш смартфон всегда на связи, планшет всегда готов предоставить вам нужную информацию, а универсальный пульт управления может отдать нужную команду любому из устройств 24 часа в сутки. Отпала необходимость в несметном количестве проводов, нет больше мертвых устройств и не нужно больше ждать, когда освободиться одна из имеющихся в распоряжении розеток. Свой вариант решения проблемы беспроводной зарядки предложил израильский стартап Wi-Charge о котором мы расскажем в нашей сегодняшней публикации.



IoT – оформившийся тренд наших дней, объединяет в единой сети множество подключенных беспроводных устройств – интеллектуальных датчиков, IP-камер, динамиков и пр. Количество точек раздачи электроэнергии, необходимых для систематической подзарядки этой массы умной электроники может исчисляться многими десятками, а кабелей – сотнями метров. Добавьте сюда же необходимость вынужденного и постоянного контроля уровня заряда. Израильский стартап Wi-Charge предложил систему автоматической беспроводной зарядки совместимых домашних, офисных или промышленных устройств в режиме 24/7/365.

Вполне вероятно, что перспективность разработки стимулирует производителей широкого спектра техники, нуждающихся в беспроводной зарядке в доукомплектации девайсов и оборудования встроенными приемниками, поддерживающими технологию Wi-Charge. В качестве временной альтернативы разработчики предлагают использовать в качестве приемных устройств отдельные внешние блоки, коммутируемые с заряжаемыми устройствами удобным способом. В перспективе, и в соответствии с конечной целью команды разработчиков, зарядка устройств будет проходить полностью автоматически и незаметно для пользователей “умной инфраструктуры”, а приемник сигнала встроен в заряжаемое устройство на аппаратном уровне.



Все существующие беспроводные технологии питания сегодня, так или иначе, относятся к одной из двух категорий: зарядка на уровне ближнего или же на уровне дальнего поля. В первом случае используется метод магнитной индукции. Базовая станция состоит из индукционной катушки, создающей электромагнитное поле при поступлении переменного тока. В устройстве, которое необходимо заряжать, находится приемная катушка, которая конвертирует энергию магнитного поля в постоянный ток, заряжающий аккумулятор.

Технологии зарядки на уровне дальнего поля пока все еще находятся в зачаточном состоянии, хотя такие стартапы, как uBeam и Energous вселяют надежду на изменение ситуации в будущем. В подавляющем большинстве случаев камнем преткновения становятся недостаточное расстояние или малая вырабатываемая мощность. Основатели проекта уверены, что технология Wi-Charge принципиально отличается от ранее предложенных идей и снимает многие ограничения, поскольку будет способна обеспечить высокоэффективную зарядку мобильных устройств и элементов IoT на расстоянии до 50м и более.

“Wi-Charge — единственная “дальнобойная” система беспроводной зарядки, позволяющая эффективно и в автоматическом режиме зарядить ваш мобильный телефон, устройства умного дома, и носимую электронику. Использовать и установить систему Wi-Charge так же просто, как заменить лампочку, она настолько же эффективна, как и обычная розетка. Любое устройство, размещенное в радиусе действия передатчика Wi-Charge будет заряжаться автоматически и непрерывно, даже тогда, когда вы их используете. Мы делаем мобильные устройства по-настоящему мобильными, 24/7” – говориться на сайте проекта.

Ортал Алперт (Ortal Alpert), главный разработчик Wi-Charge, осмысливал концепцию в течение долгих лет. Используя колоссальный опыт оптического инженера он сумел предложить инновационную технологию беспроводной зарядки с использованием энергии света в инфракрасной части спектра. О первых результатах работы над проектом Wi-Charge было заявлено еще в декабре 2013 года. Но на тот момент речь шла о первых достаточно сырых прототипах с ограниченным радиусом действия. В основу усовершенствованной технологии были положены две запатентованные несколько позже идеи.
 

Как это работает

Как мы уже упомянули, для зарядки при помощи Wi-Charge будет применяться невидимое для пользователей инфракрасное излучение. Специальный инфракрасный трансмиттер крепится на потолке. Направленные лучи инфракрасного лазера могут улавливаться фотогальваническими элементами, вырабатывающими электричество на значительном расстоянии.



Предложенные ранее технологии беспроводной зарядки посредством лазера в космическом лифте НАСА и БЛА оказались нежизнеспособными в городских условиях в силу ряда причин:

1. Небезопасности. Луч должен быть точно направлен на удаленный приемник, что влечет за собой существенное удорожание и усложнение схемы на фоне растущей небезопасности. Согласно принципам, использованным в технологии Wi-Charge, генерируется специальный тип луча, который, эффективно заряжая удаленное устройство не требует выполнения вышестоящего условия.



На рисунке выше изображены стандартные блоки (зеркало – усилитель — зеркало) структурной схемы лазерного резонатора, но расположенные специальным образом. Используются зеркала-светоотражатели, позволяющие направить излучение обратно к источнику и далее усилить его. Благодаря таким особенностям схемы два зеркала, расположенные в прямой видимости друг от друга образуют резонатор. Первое зеркало + среда усиления “А“ принимается в качестве передатчика, а комбинация второго зеркала с фотоэлектрической ячейкой – в качестве приемника.


 

Достоинства технологии

«Дальнобойность» — преимущество использования света с короткой длиной волны позволяет осуществлять беспроводную зарядку на сравнительно больших расстояниях. Свет в отсутствии препятствий способен перемещаться на большие расстояния с минимальным отклонением и легко добирается до удаленных устройств.
 

Большой радиус действия

Передатчик и приемник находят друг друга без необходимости принятия дополнительных технических мер и организации отслеживания. Пользовательский опыт в данном случае аналогичен Wi-Fi – зарядка будет происходить в помещении, где будет расположен Wi-Charge. Для зарядки (в случае интеграции приемника на уровне схемы заряжаемого устройства) никаких специальных действий от пользователя не потребуется, в отличие от существующих способов подключения, где от пользователя потребуется ряд действий.
 

Безопасность решения

Технология является искробезопасной. Луч, обеспечивающий зарядку приемника не в состоянии причинить вреда технике, человеку или животным. Никакого дополнительного программного обеспечения и осложняющих принцип реализации процесса зарядки схемотехнических решений технология не предполагает, что исключает вероятность провоцирования опасной ситуации в перспективе следствие сбоев. В момент пересечения траектории луча, следующего от приемника к источнику эффект пропадает, любое воздействие на человека становится невозможным в принципе.
 

Вредное излучение отсутствует

В отличие от индуктивных технологий, излучающих в пространство комнаты значительную часть ВЧ-мощности, во время зарядки устройства, лежащего на зарядной панели, технология Wi-Charge, использующая инфракрасный лазер 1 класса не сопровождается РЧ-излучением в принципе. Этот момент оказывается важен и с точки зрения 0-го воздействия Wi-Charge на работающие в помещении электрические схемы.
 

Масштабирование без ограничений

Одно из ключевых преимуществ технологии Wi-Charge – возможность масштабирования. Количество поставленной мощности может меняться от нескольких милливатт для датчика запитки до сотен ватт, используемых в промышленных или даже военных целях. Для потребительского рынка устройств, таких как смартфоны и носимые гаджеты, Wi-Charge рассчитывает начать с системы, способной выдавать 10 Вт.

В отличие от альтернативных технологий позволяющих осуществлять направленную передачу энергии, Wi-Charge плата имеет компактные размеры. В качестве элемента приемника, как указано на сайте разработчика технологии, может быть использован модуль камеры смартфона.



Первоначально разработку планировали завершить к середине 2015 года. Как сообщает ресурс spectrum.ieee.org, сотрудники которого получили возможность оценить степень готовности прототипов в непосредственном общении с разработчиками, первый коммерческий продукт, реализованный на принципах технологии Wi-Charge выйдет в конце 2016 года и будет ориентирован на инфраструктуру IoT и умного дома. Через год компания планирует выпустить мобильное решение для зарядки смартфонов.
 

Конкурент

Прямой конкурент Wi-Charge – система беспроводной зарядки “Cota” о готовности прототипа которой стартап Ossia заявил еще в апреле 2015 года. Как и Wi-Charge система была впервые представлена в 2013 году. Для зарядки система использует радиоволны в том же диапазоне, что и стандарты Wi-Fi и Bluetooth, что конечно же очень удобно, поскольку снимает вопрос разработки приемника специальной конструкции. При наличии в устройстве антенны Wi-Fi и Bluetooth прием энергии будет осуществляться непосредственно на нее. При отсутствии антенны в устройство для сопряжения с сигналом потребуется встроить специальный чипсет.


_{Чипсет Cota}



Принцип действия Cota основан на фокусировке радиосигнала на заряжаемом устройстве. Это позволяет передавать ему сигнал мощностью 1 Вт — треть той мощности, которую обеспечивает мобильному телефону порт USB.

Второе преимущество принципа, используемого в системе “Cota” – возможность зарядки вне зоны прямой видимости, в том числе, в соседнем помещении. Вместе с тем, радиус действия беспроводного ЗУ Сота составляет 10 м, в то время как радиус действия устройств, работающих по технологии Wi-Charge не ограничивается диапазоном в 50 м. Второе ограничение – мощность передаваемого сигнала, которая в Сота составляет до 1 Вт, т. е. треть мощности, гененерируемой при стандартном способе зарядки через порт USB. В сравнении, уже стартовый продукт Wi-Charge, который компания планирует запустить к концу 2016 года сможет генерировать 10Вт электроэнергии.

_{Источник 1
Источник 2}

https://geektimes.ru/company/icover/blog/272448/