شـارژ بـی‌سیــم از فاصلـه پنـج متـری

مترجم :	مهرداد معینی
کلید واژه :	شارژ بی‌سیم ـ دستگاه‌های الکترونیکی ـ بی‌سیم ـ تلفن همراه ـ تبلت ـ نمایشگر ـ اینترنت ـ مهندسان و محققان
چکیده :	در عرض چند دهه گذشته، دستگاه‌های الکترونیکی به نحو چشمگیری تحول پیدا کرده و توانسته‌اند تا از ارتباط سیمی ‌‌با یکدیگر پا را فراتر نهاده و به صورت بی‌سیم با هم ارتباط برقرار کنند.
منابع :	ساینس دیلی

در عرض چند دهه گذشته، دستگاه‌های الکترونیکی به نحو چشمگیری تحول پیدا کرده و توانسته‌اند تا از ارتباط سیمی ‌‌با یکدیگر پا را فراتر نهاده و به صورت بی‌سیم با هم ارتباط برقرار کنند. امروزه مردم از انواع دستگاه‌های بی‌سیم مانند تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، نمایشگرهای قابل حمل و حتی باتری‌های بی‌سیمی‌ استفاده می‌کنند. اینترنت هم از این قافله عقب نمانده است. حال، مهندسان و محققان تلاش می‌کنند تا با توسعه و پیشرفت فناوری انتقال بی‌سیم جریان الکتریکی، آخرین بقایای به جا مانده از ارتباطات سیمی ‌را نیز از میان بردارند.

   "چون. تی. ریم"، استاد رشته مهندسی هسته‌ای و کوانتوم در دانشگاه علوم و فناوری کره به همراه همکارانش نتیجه یافته‌های خود، در مورد مسافتی که جریان الکتریکی می‌تواند به صورت بی‌سیم طی کند، را، ارائه کردند. دستگاه آنها یک سیم‌پیچ تشدیدکننده دوقطبی بود که می‌توانست تا مسافت پنج متر جریان الکتریکی را میان کویل‌های فرستنده و گیرنده ارسال کند. 

 در سال 2007 نیز دانشگاه ام.آی.تی دستگاه همراه تشدید مغناطیسی را که برای ارسال جریان الکتریکی تا مسافت 2/1 متر، از یک میدان مغناطیسی استفاده می‌کرد ارائه داد. این دستگاه در نوع خود آخرین پیشرفت در زمینه انتقال بی‌سیم جریان الکتریکی آن هم تا مسافتی طولانی بود که توجه بسیاری را به خود جلب و زمینه تحقیقات بعدی را نیز مهیا کرد. 

 با این وجود، این دستگاه با محدودیت‌هایی نیز روبه‌رو بود که به تدریج رفع شد، از جمله می‌توان به ساختار نسبتا پیچیده کویل آن اشاره کرد (از چهار کویل برای ورودی، انتقال، دریافت و بار تشکیل شده بود)، حجم بزرگ کویل‌های تشدیدکننده، نیاز به فرکانس بالا (در محدوده ده مگاهرتز) برای مرتعش کردن کویل‌های فرستنده و گیرنده که نتیجه آن انتقال ناکارآمد و مقدار ضریب کیفیت بالای آن تا میزان دو هزار بود که کویل‌های مرتعش شده را در برابر عوامل محیطی چون درجه حرارت، رطوبت و مجاورت با انسان‌ها بسیار حساس می‌کرد. 

ریم برای حل این مشکلات آن هم از طریق سیستم سیم‌پیچ تشدیدکننده دوقطبی ساختار کویلی را ارائه کرد که از دو کویل دو قطبی‌ استفاده می‌کرد. ازیک کویل برای ایجاد حوزه مغناطیسی و از دیگری برای دریافت جریان الکتریکی بهره می‌برد. بر خلاف کویل‌های بزرگ و حجیم به کار رفته در سیستم ام.آی.تی این محققان از میله‌های فشرده هسته فریت با سیم‌هایی که به شکل مارپیچی در مراکز آنها قرار گرفته بودند، استفاده کردند. از طریق جریان متناوب آی‌سی ایجاد شده با فرکانس بالا در مدار اولیه، یک میدان مغناطیسی شکل گرفته و سپس به واسطه سرعت جریان مغناطیسی جریان حاصله، ولتاژی در مدار ثانویه ایجاد می‌شود. 

 سیستم سیم‌پیچ تشدیدکننده دوقطبی با طولی به اندازه سه متر، عرض 10 سانتی‌متر و ارتفاعی بالغ بر 20 سانتی‌متر بسیار کوچک‌تر از سیستم دانشگاه ام‌.آی.تی بود. مقدار ضریب کیفیت این سیستم برابر است با عدد صد که 20 برابر قوی‌تر تغییرات محیطی را تحمل کرده و در ضمن قادر بود تا در فرکانس پایین 100 کیلوهرتز نیز به خوبی‌ عمل کند. این گروه تحقیقاتی آزمایش‌های زیادی را در این مورد انجام دادند و به نتایج قابل قبولی نیز رسیدند. برای مثال، در فرکانس زیر 20 کیلوهرتز حداکثر قدرت خروجی این سیستم آن هم در فاصله سه متری: 403/1 وات، در فاصله چهار متری: 471 وات و در فاصله پنج متری: 209 وات بود. برای انتقال جریان الکتریکی به مقدار صد وات، توان کلی این سیستم در مسافت سه متری: 9/36 درصد، در مسافت چهار متری: 7/18 درصد و در مسافت پنج متری 2/9 درصد بود. 

 پروفسور ریم در این‌باره می‌گوید: "ما می‌توانیم از طریق این سیستم از یک فاصله پنج متری، سه فن 40 واتی یک تلویزیون بزرگ ال.ئی.دی را روشن و تغذیه کنیم. فناوری ما، سازوکار ارسال جریان الکتریکی جدیدی تا مسافتی طولانی را ارائه می‌کند که تاکنون گامی ‌در این مورد برداشته نشده است. اگرچه انتقال انرژی الکتریکی به شکل بی‌سیم تا مسافتی طولانی، هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار داشته و در ضمن بسیار پرهزینه نیز هست، اما بر این باوریم که این مسیری درست برای ارسال جریان الکتریکی در آینده خواهد بود. 

همچنان که امروزه در همه جا شاهد بهره‌برداری از سیستم وای‌فای هستیم، روزی نیز شاهد استفاده از چنین سیستمی‌ در محل‌هایی چون رستوران‌ها و خیابان‌هایی خواهیم بود که به صورت بی‌سیم جریان الکتریکی را به دستگاه‌های ما منتقل خواهد کرد. روزی خواهیم توانست تا بدون نگرانی از شارژ باتری‌ها به صورت سیمی، در هر جایی از دستگاه‌های خود بدون دغدغه استفاده کنیم. 

 این گروه تحقیقاتی در ماه مارس امسال در طرحی دیگر موفق شد تا به صورت بی‌سیم جریان الکتریکی مورد نیاز دستگاه‌های کنترل نیروگاه هسته‌ای را در زمان اضطراری به مانند آنچه که در نیروگاه هسته‌ای فوکوشیما در ژاپن رخ داد، قطع کند تا بدین‌وسیله از بروز خسارات بعدی جلوگیری به عمل آورد. آنها موفق شدند تا جریان الکتریکی را تا میزان 10 وات به نیروگاهی که در فاصله هفت متری از ژنراتور اصلی قرار داشت ارسال کنند. 

*: ضریب کیفیت: در یک مدار تشدیدکننده، ضریب کیفیت برابر است با نسبت بین بیشینه انرژی ذخیره شده و انرژی تلف شده در طی یک دوره تناوب و از نسبت بین انرژی ذخیره شده در مقاومت ظاهری سیم پیچ به انرژی تلف شده در مقاومت به دست می‌آید.
*فریت: به طور کلی به آن دسته از مواد مغناطیسی اطلاق می‌شود که جزء اصلی تشکیل دهند آنها اکسید آهن است. از این ماده در هسته ترانسفورماتورها استفاده می‌شود. 

منبع مجله دانشمند آذر 1393 شماره 614