p O sistema de carregamento sem fio criado por engenheiros da Universidade de Washington. O laser de carga e os lasers de proteção são normalmente invisíveis ao olho humano, mas feixes vermelhos foram inseridos no lugar dos feixes de proteção para fins de demonstração. Crédito:Mark Stone / University of Washington
p Embora dispositivos móveis como tablets e smartphones nos permitam comunicar, trabalhar e acessar informações sem fio, suas baterias ainda devem ser carregadas conectando-as a uma tomada. Mas os engenheiros da Universidade de Washington desenvolveram pela primeira vez um método para carregar com segurança um smartphone sem fio usando um laser. p Conforme relata a equipe em um artigo publicado online em dezembro no
Anais da Association for Computing Machinery on Interactive , Móvel, Tecnologias vestíveis e ubíquas, uma flecha, feixe invisível de um emissor de laser pode fornecer carga para um smartphone sentado do outro lado da sala - e pode carregar um smartphone tão rapidamente quanto um cabo USB padrão. Para conseguir isso, a equipe montou uma fina célula de energia na parte de trás de um smartphone, que carrega o smartphone usando a energia do laser. Além disso, os recursos de segurança personalizados da equipe - incluindo um metal, dissipador de calor de placa plana no smartphone para dissipar o excesso de calor do laser, bem como um mecanismo baseado em refletor para desligar o laser se uma pessoa tentar se mover no caminho do feixe de carga.
p "A segurança foi nosso foco ao projetar este sistema, "disse o co-autor Shyam Gollakota, professor associado da Escola Paul G. Allen de Ciência da Computação e Engenharia da UW. "Nós projetamos, construiu e testou este sistema de carregamento baseado em laser com um mecanismo de segurança de resposta rápida, o que garante que o emissor de laser encerrará o feixe de carga antes que uma pessoa entre no caminho do laser. "
p Gollakota e co-autor Arka Majumdar, um professor assistente de física e engenharia elétrica da UW, liderou a equipe que projetou este sistema de carregamento sem fio e seus recursos de segurança.
p "Além do mecanismo de segurança que termina rapidamente o feixe de carga, nossa plataforma inclui um dissipador de calor para dissipar o excesso de calor gerado pelo feixe de carga, "disse Majumdar." Esses recursos fornecem ao nosso sistema de carregamento sem fio os robustos padrões de segurança necessários para aplicá-lo a uma variedade de configurações comerciais e domésticas. "
p Iluminado em vermelho está um dos retrorrefletores impressos em 3D, que reflete os feixes de proteção de baixa potência para diodos no emissor de laser. A interrupção dos feixes de proteção aciona um sistema de segurança que bloqueia o feixe de carga. Crédito:Mark Stone / University of Washington
p O feixe de carga é gerado por um emissor de laser que a equipe configurou para produzir um feixe focado no espectro infravermelho próximo. O sistema de segurança que desliga o feixe de carga concentra-se em baixa potência, feixes de proteção de laser inofensivo, "que são emitidos por outra fonte de laser co-localizada com o feixe de carga e fisicamente" circundam "o feixe de carga." Retrorrefletores "impressos em 3D personalizados colocados ao redor da célula de energia no smartphone refletem os feixes de proteção de volta aos fotodiodos em o emissor de laser. Os feixes de proteção entregam gratuitamente ao telefone, mas seu reflexo do smartphone de volta para o emissor permite que eles sirvam como um "sensor" para quando uma pessoa se mover no caminho do feixe de guarda. Os pesquisadores projetaram o emissor de laser para encerrar o feixe de carga quando qualquer objeto - como parte do corpo de uma pessoa - entrar em contato com um dos feixes de proteção. O bloqueio dos feixes de guarda pode ser detectado com rapidez suficiente para detectar os movimentos mais rápidos do corpo humano, com base em décadas de estudos fisiológicos.
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p "Os feixes de guarda são capazes de agir mais rápido do que nossos movimentos mais rápidos porque esses feixes são refletidos de volta para o emissor na velocidade da luz, "disse Gollakota." Como resultado, quando o feixe de guarda é interrompido pelo movimento de uma pessoa, o emissor detecta isso em uma fração de segundo e dispara um obturador para bloquear o feixe de carga antes que a pessoa possa entrar em contato com ele. "
p A próxima geração de dispositivos ópticos em nanoescala deve operar com frequência Gigahertz, o que poderia reduzir o tempo de resposta do obturador para nanossegundos, adicionou Majumdar.
p O feixe carrega o smartphone por meio de uma célula de energia montada na parte de trás do telefone. Um feixe estreito pode fornecer 2W constantes de energia para uma área de 15 polegadas quadradas a uma distância de até 4,3 metros, ou cerca de 14 pés. Mas o emissor pode ser modificado para expandir o raio do feixe de carga para uma área de até 100 centímetros quadrados a uma distância de 12 metros, ou quase 40 pés. Esta extensão significa que o emissor pode ser direcionado a uma superfície de carga mais ampla, como um balcão ou mesa, e carregue um smartphone colocado em qualquer lugar dessa superfície.
p O protótipo do conjunto do dissipador de calor da equipe da UW, que pode ser conectado na parte de trás de um smartphone, consiste em uma célula fotovoltaica (quadrado prateado, topo) acoplado a gerador termoelétrico (na cor branca). O gerador é montado em cima de um dissipador de calor de alumínio. Todo o conjunto tem apenas 8 mm de espessura e 40 mm de largura. Crédito:Mark Stone / University of Washington
p Os pesquisadores programaram o smartphone para sinalizar sua localização emitindo "chiados" acústicos de alta frequência. Estes são inaudíveis aos nossos ouvidos, mas sensível o suficiente para que pequenos microfones no emissor de laser captem.
p "Este sistema de localização acústica garante que o emissor possa detectar quando um usuário colocou o smartphone na superfície de carregamento, que pode ser um local comum, como uma mesa do outro lado da sala, "disse o co-autor principal, Vikram Iyer, um estudante de doutorado da UW em engenharia elétrica.
p Quando o emissor detecta o smartphone na superfície de carregamento desejada, ele liga o laser para começar a carregar a bateria.
p "O feixe fornece carga tão rapidamente quanto conectar seu smartphone a uma porta USB, "disse o co-autor Elyas Bayati, um aluno de doutorado da UW em engenharia elétrica. "Mas, em vez de conectar o telefone, basta colocá-lo sobre uma mesa. "
p Para garantir que o feixe de carga não superaqueça o smartphone, a equipe também colocou finas tiras de alumínio na parte de trás do smartphone ao redor da célula de energia. Essas tiras funcionam como um dissipador de calor, dissipando o excesso de calor do feixe de carga e permitindo que o laser carregue o smartphone por horas. Eles até coletaram uma pequena quantidade desse calor para ajudar a carregar o smartphone - montando um gerador termoelétrico quase plano acima das faixas do dissipador de calor.
p Os pesquisadores acreditam que seus recursos robustos de segurança e dissipação de calor podem permitir a conexão sem fio, carregamento baseado em laser de outros dispositivos, como câmeras, tablets e até mesmo computadores de mesa. Se então, a tarefa antes de dormir de conectar seu smartphone, tablet ou laptop pode algum dia ser substituído por um ritual mais simples:colocá-lo sobre uma mesa.
