Imagine entrar em um aeroporto ou supermercado e seu smartphone começar a carregar automaticamente. Isso pode ser uma realidade um dia, graças a um novo sistema de carregamento a laser sem fio que supera alguns dos desafios que impediram tentativas anteriores de desenvolver sistemas de carregamento seguros e convenientes em movimento.
"A capacidade de alimentar dispositivos sem fio pode eliminar a necessidade de carregar cabos de alimentação para nossos telefones ou tablets", disse o líder da equipe de pesquisa Jinyong Ha, da Universidade Sejong, na Coreia do Sul. “Ele também pode alimentar vários sensores, como os de dispositivos da Internet das Coisas (IoT) e sensores usados ​​para monitorar processos em fábricas”.

Em Optics Express , os pesquisadores descrevem seu novo sistema, que usa luz infravermelha para transferir com segurança altos níveis de energia. Testes de laboratório mostraram que ele poderia transferir 400 mW de potência de luz em distâncias de até 30 metros. Essa energia é suficiente para carregar sensores e, com desenvolvimento adicional, pode ser aumentada para os níveis necessários para carregar dispositivos móveis.

Várias técnicas têm sido estudadas para transferência de energia sem fio de longo alcance. No entanto, tem sido difícil enviar energia suficiente com segurança em distâncias de nível de metro. Para superar esse desafio, os pesquisadores otimizaram um método chamado carregamento a laser distribuído, que recentemente ganhou mais atenção para essa aplicação porque fornece iluminação segura de alta potência com menos perda de luz.

"Embora a maioria das outras abordagens exijam que o dispositivo receptor esteja em uma base de carregamento especial ou estacionário, o carregamento a laser distribuído permite o auto-alinhamento sem processos de rastreamento, desde que o transmissor e o receptor estejam na linha de visão um do outro", disse Ah. “Ele também muda automaticamente para um modo seguro de entrega de baixa potência se um objeto ou uma pessoa bloquear a linha de visão”.

Percorrendo a distância

O carregamento a laser distribuído funciona como um laser tradicional, mas em vez de os componentes ópticos da cavidade do laser serem integrados em um dispositivo, eles são separados em um transmissor e um receptor. Quando o transmissor e o receptor estão dentro de uma linha de visão, uma cavidade de laser é formada entre eles no ar - ou espaço livre - que permite que o sistema forneça energia baseada em luz. Se um obstáculo cortar a linha de visão do transmissor-receptor, o sistema muda automaticamente para um modo de segurança de energia, obtendo uma distribuição de energia livre de riscos no ar.

No novo sistema, os pesquisadores usaram uma fonte de energia óptica amplificadora de fibra dopada com érbio com um comprimento de onda central de 1550 nm. Esta faixa de comprimento de onda está na região mais segura do espectro e não representa perigo para os olhos ou a pele humana com a energia usada. Outro componente chave foi um filtro multiplexador por divisão de comprimento de onda que criava um feixe de banda estreita com potência óptica dentro dos limites de segurança para propagação no espaço livre.

"Na unidade receptora, incorporamos um retrorrefletor de lente esférica esférica para facilitar o alinhamento transmissor-receptor de 360 ​​graus, o que maximizou a eficiência da transferência de energia", disse Ha. "Observamos experimentalmente que o desempenho geral do sistema dependia do índice de refração da lente esférica, com um índice de refração de 2,003 sendo o mais eficaz."

Testes laboratoriais

Para demonstrar o sistema, os pesquisadores estabeleceram uma separação de 30 metros entre um transmissor e um receptor. O transmissor foi feito da fonte óptica do amplificador de fibra dopada com érbio, e a unidade receptora incluiu um retrorrefletor, uma célula fotovoltaica que converte o sinal óptico em energia elétrica e um LED que acende quando a energia está sendo fornecida. Este receptor, que tem cerca de 10 por 10 milímetros, pode ser facilmente integrado a dispositivos e sensores.

Os resultados experimentais mostraram que um sistema de transferência de potência óptica sem fio de canal único pode fornecer uma potência óptica de 400 mW com uma largura de linha de canal de 1 nm a uma distância de 30 metros. O fotovoltaico converteu isso em uma potência elétrica de 85 mW. Os pesquisadores também mostraram que o sistema mudava automaticamente para um modo de transferência de energia seguro quando a linha de visão era interrompida por uma mão humana. Nesse modo, o transmissor produzia uma luz de intensidade incrivelmente baixa que não representava nenhum risco para as pessoas.

“Usar o sistema de carregamento a laser para substituir os cabos de alimentação nas fábricas pode economizar nos custos de manutenção e substituição”, disse Ha. "Isso pode ser particularmente útil em ambientes agressivos, onde as conexões elétricas podem causar interferência ou representar risco de incêndio".

Agora que demonstraram o sistema, os pesquisadores estão trabalhando para torná-lo mais prático. Por exemplo, a eficiência da célula fotovoltaica pode ser aumentada para converter melhor a luz em energia elétrica. Eles também planejam desenvolver uma maneira de usar o sistema para carregar vários receptores simultaneamente. + Explorar mais

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