Os métodos atuais para carregar dispositivos eletrônicos por meio da tecnologia sem fio funcionam apenas se os parâmetros gerais do sistema estiverem configurados para corresponder a uma distância de transferência específica. Como resultado, esses métodos são limitados a aplicações de transferência de energia estacionária, o que significa que um dispositivo que está recebendo energia precisa manter uma distância específica da fonte que o fornece para que a transferência de energia seja bem-sucedida.

Pesquisadores da Universidade de Stanford desenvolveram recentemente uma nova técnica que pode permitir uma transferência de energia sem fio mais eficiente, independentemente da distância entre um dispositivo e sua fonte de energia. Seu papel, publicado em Nature Electronics , poderia ajudar a superar algumas das limitações atuais das ferramentas existentes para o carregamento sem fio de dispositivos eletrônicos.

"O objetivo principal do nosso estudo foi superar a barreira do carregamento sem fio dinâmico, "Sid Assawaworrarit, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Nossa ideia é baseada na simetria de tempo de paridade (simetria PT), que diz respeito a sistemas com ganho e perda equilibrados. "

Em um de seus estudos anteriores, Assawaworrarit e seu colega Shanhui Fan introduziram uma configuração de circuito PT simétrico não linear que pode fornecer transferência de energia sem fio robusta, mantendo essa capacidade mesmo quando um dispositivo estava se movendo rapidamente em um determinado espaço. Embora seu sistema tenha alcançado resultados promissores, sua eficiência geral estava longe de ser satisfatória. Em seu novo estudo, os pesquisadores introduziram uma estratégia de design que torna o sistema desenvolvido anteriormente mais robusto e eficiente.

"A robustez do nosso sistema foi alcançada incorporando um amplificador como um elemento de ganho no lado da fonte do nosso sistema de transferência de energia sem fio proposto, "Assawaworrarit explicou." O ganho permite que oscilações se acumulem no sistema ao longo do tempo, sendo a frequência de oscilação a que cresce mais rápido. Isso é semelhante ao que acontece em um oscilador, exceto que a fonte de alimentação e a carga são separadas no espaço. "

A frequência própria do sistema é a frequência na qual um sistema opera bem e que facilita a transferência eficiente de energia para um dispositivo. No sistema idealizado pelos pesquisadores, esta frequência de oscilação se auto-adapta às condições de mudança, que poderia ser o movimento do dispositivo recebendo energia em uma escala de tempo inferior a um milissegundo, mantendo assim um ponto de transferência eficiente, mesmo quando o dispositivo está em movimento rápido.

"A alta eficiência de nosso sistema foi alcançada projetando cuidadosamente seu elemento de ganho, "Assawaworrarit disse." Um amplificador de prateleira, que foi usado em nosso trabalho anterior, gera uma versão amplificada de um sinal de entrada cortando parte de sua fonte de alimentação DC que não sai como oscilações na saída, e, portanto, tem baixa eficiência, normalmente na ordem de 50% ou menos. "

Usando amplificadores de modo de comutação, Assawaworrarit e Fan foram capazes de evitar a perda de eficiência que prejudicou o desempenho geral da configuração do circuito que desenvolveram em suas pesquisas anteriores. Os amplificadores que eles usaram evitaram essa perda de eficiência operando um transistor como uma chave controlada, que não consome energia quando o sistema está ligado ou desligado.

"Amplificadores de modo de comutação, Contudo, são geralmente projetados para uma faixa de frequência de operação estreita, devido à necessidade de satisfazer uma condição de comutação eficiente e potência de saída, que são normalmente sensíveis à frequência, "Assawaworrarit disse." Com o design de circuito certo, contribuições de acoplamento e variações de frequência própria no cancelamento da distância de transferência, e portanto, a condição de comutação eficiente pode ser mantida por uma ampla faixa de distância de transferência. "

A principal vantagem do novo sistema de carregamento sem fio desenvolvido pelos pesquisadores é sua robustez, independentemente da distância que o dispositivo está da fonte de alimentação. O sistema pode se adaptar rapidamente em uma escala de tempo inferior a um milissegundo, o que significa que pode permitir o carregamento remoto sem fio, mesmo quando um dispositivo está se movendo em velocidades muito altas, por exemplo, se o dispositivo em questão for um carro em alta velocidade em uma rodovia.

"Este estudo representa contribuições substanciais tanto na teoria quanto na prática, " Fã, o outro pesquisador envolvido no estudo, disse a Phys.org. “Em termos de contribuições teóricas, nosso trabalho aponta para a importância da não linearidade na dinâmica de sistemas PT-simétricos. Do lado prático, nosso trabalho representa um grande passo em direção à transferência de energia sem fio dinâmica, mostrando que tal transferência pode ser feita de forma robusta e eficiente. "

Em uma série de testes iniciais, o novo sistema alcançou resultados notáveis, já que foi capaz de transferir efetivamente cerca de 10 W de energia por meio de tecnologia sem fio para um dispositivo móvel que estava a distâncias variando entre 0 e 65 cm da fonte, com uma eficiência total quase constante de 92%. No futuro, o sistema poderia ser melhorado ainda mais para permitir a transferência de maiores quantidades de energia de uma gama ainda mais ampla de distâncias.

"Existem alguns caminhos que vale a pena explorar em nossos próximos estudos, "Assawaworrarit disse." Para algumas aplicações, como carregar um carro em movimento, é benéfico ter um conjunto de bobinas de origem embutidas sob a estrada. Nesse caso, estudos de seu posicionamento e interação ideais devem ser úteis. Aumentar ainda mais a quantidade de energia que é transferida também é importante, especialmente para aplicações em veículos. "

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