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Trasferimento senza fili di energia: come funziona, i problemi da risolvere e i primi caricabatterie wireless in uscita sul mercato

I ricercatori del MIT hanno proposto un modo per dire addio ai normali caricabatterie a filo che ogni giorno siamo costretti ad usare per dare energia ai nostri cellulari, lettori mp3, portatilo o quant’altro ha bisogno di essere usato in mobilità. In pratica la ricarica dei dispositivi portatili potrebbe avvenire senza la presenza di cavi ma tramite una tecnologia di irradiazione: siamo dinanzi ad un vero e proprio sistema di ricarica wireless!

“Siamo bravissimi a trasmettere informazioni senza fili” dice Marin Soljačić, professore di fisica al MIT. Ma, aggiunge, storicamente è molto più difficile trasmettere energia ai dispositivi nello stesso modo. Soljačić e i suoi colleghi Aristeidis Karalis e John Joannopoulos hanno lavorato ad uno schema teorico per il trasferimento senza fili di energia che carichi dispositivi nel raggio di un paio di metri da una “stazione energetica” sistemata in corrente.

Come funziona il trasferimento senza fili di energia

Il fenomeno che sta alla base di questa idea è quello dell’accoppiamento induttivo che avviene quando una corrente elettrica passa attraverso un normale cavo: intorno ad esso si forma un campo magnetico, e a sua volta questo campo induce una corrente nel cavo vicino. Ormai da 200 anni gli scienziati sanno bene che per trasferire energia elettrica non vi è bisogno di cavi in diretto contatto. I motori elettrici e i trasformatori, ad esempio, dispongono di bobine che si scambiano energia sfruttando l’induzione elettromagnetica. Molto più tardi è stato scoperto lo stesso fenomeno nelle onde radio e nella luce. Ma il trasferimento da un punto ad un altro, tramite la radiazione elettromagnetica, è estremamente inefficiente perché le onde tendono a diffondersi in ogni direzione facilitando la dispersione ambientale.

Soljacic, quindi, ha pensato che l’induzione a corto raggio all’interno di una trasformatore potrebbe essere migliorata e portata a coprire distanze più ampie. Invece di irradiare l’ambiente con onde elettromagnetiche, un trasmettitore potrebbe creare un campo di onde “nonradiative”, ovvero di non irradiazione, che permetterebbe di mantenere l’energia vicina fino a quando un altro oggetto non entri in “risonanza” con il campo stesso. In pratica, un qualsiasi gadget dovrebbe solo sincronizzare la sua frequenza con quella delle sorgente per ricevere energia e ricaricarsi.

Per creare un raggio più vasto, i ricercatori propongono uno schema completamente nuovo. In esso, una “stazione energetica” collegata alla rete elettrica emette una radiazione elettromagnetica a bassa frequenza tra i 4 e i 10 megahertz, spiega Soljačić. Un ricevitore posto nel gadget (ad esempio un lettore mp3) può essere disegnato per ‘ricevere’ alla stessa frequenza emessa dalla “stazione energetica”. Quando ciò avviene nel raggio di un paio di metri, l’oggetto ‘assorbe’ l’energia e si ricarica: naturalmente per un oggetto ‘non predisposto a ricevere’ non avviene nulla!

I problemi dell’alimentazione wireless

L’indubbio vantaggio dei sistemi di alimentazione wireless è quello della universalità, potendo caricare con un solo dispositivo attaccato alla rete elettrica un’ampia gamma di dispositivi, senza dover ricorrere al trasformatore proprietario, come ogni accade anche troppo spesso

Uno dei primi problemi che i ricercatori dovranno presto risolvere se si vorrà davvero avere la tanto agognata universalità, è quello di sviluppare un’elettronica per imparare a gestire le combinazioni diverse della vita reale. Un cellulare che ha bisogno di 5 volt, un altro che invece si ricarica con non meno di 7, senza contare la macchina fotografica che non si accontenta di nient’altro che di 12 volt pieni.
Combinazioni che i ricercatori devono imparare a gestire, e che rendono la fase finale della progettazione della base quella più complessa. Una volta completata, toccherà ai ricevitori, sorta di micro-antenne, da integrare nei dispositivi: dovranno essere abbastanza piccoli da poter essere inseriti agevolmente nel layout attuale degli apparecchi, ma altrettanto efficienti per svolgere il loro compito.

Un altro problema da non sottovalutare è presente sui ricevitori: il surriscaldamento! Infatti, a causa delle ridotte dimensioni, alcuni componenti che permetterebbero di frenare l’aumento di temperatura nella batteria in carica non possono essere utilizzati, non permettendone, quindi, il pieno utilizzo durante la fase di ricarica del dispositivo a causa dell’eccessivo calore generato durante la trasmissione/ricezione di energia!

Il dispositivo dell’Università della Florida

Ma dopo la teoria del MIT, sembra che finalmente l’arrivo sul mercato di sistemi di ricarica wireless potrebbe essere davvero vicino: infatti, i ricercatori dell’Università della Florida sostengono di aver realizzato uno schema molto efficiente, capace di trasferire fino al 70 per cento dell’energia assorbita dalla rete ai dispositivi posti sulla superficie attiva. Il meccanismo di base costituito una piastra quadrata o rettangolare, sopra cui appoggiare cellulari, lettori MP3 e qualsiasi altro gadget elettronico ci sia in giro per casa. La novità, oltre alle ridotte dimensioni e peso, è anche l’assenza di un elemento ferromagnetico tipico del design dei caricabatterie ad induzione.

Il dispositivo Epson muRata

Nel frattempo, Epson e muRata hanno stretto un accordo per arrivare allo sviluppo di un carica batterie wireless. Oltre a liberare dalla schiavitù del filo, il nuovo sistema di ricarica degli accumulatori dovrebbe garantire anche tempi di ricarica inferiori, addirittura pari a 10/15 minuti.

La tecnologia utilizzata è quella di Seiko Epson denominata AirTrans, che include sistemi di riconoscimento di oggetti estranei e di autenticazione, in modo da fornire energia nel modo più sicuro possibile. Murata si occuperà della produzione della batteria a ricarica veloce, fondamentale per sfruttare la corrente di più di 3 A fornita dal carica batterie. Nonostante la corrente in gioco non sia irrisoria pare che i produttori garantiscano un riscaldamento nullo dell’accumulatore in fase di ricarica, con conseguenti benefici per la sicurezza.

Il dispositivo Powercast

Intanto Powercast ha adottato una tecnologia quanto mai simile a quella teorizzata dal MIT lo scorso autunno. Sebbene sia stata mostrata come una soluzione di “alimentazione wireless“, la tecnologia Powercast è molto di più di un caricatore universale perché è in grado di operare continuamente rimpiazzando, volendo, le stesse unità a batteria.

In sostanza, un trasmettitore può essere integrato in ogni oggetto, come ad esempio una lampada. Da questo viene emesso continuamente un segnale a basse radio-frequenze. Nel rispetto del raggio di copertura, un qualsiasi dispositivo dotato del ricevitore specifico può essere “ricaricato” costantemente.

Interessante anche le applicazione per i PC: l’idea è quella di realizzare tastiere e mouse wireless senza batteria, oppure di ricaricare costantemente ma senza alcun filo i notebook distanti pochi metri dalla sorgente.

Il dispositivo Slashpower

Anche Splashpower, una società creata da uno spin-off della Università di Cambridge, ha creato un tappetino che può alimentare e ricaricare qualsiasi gadget elettronico.