El sistema de carga inalámbrica creado por ingenieros de la Universidad de Washington. El láser de carga y los láseres de protección normalmente son invisibles para el ojo humano, pero se han insertado vigas rojas en lugar de las vigas de protección con fines de demostración. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington
Aunque los dispositivos móviles como tabletas y teléfonos inteligentes nos permiten comunicarnos, trabajar y acceder a la información de forma inalámbrica, sus baterías aún deben cargarse enchufándolas a un tomacorriente. Pero los ingenieros de la Universidad de Washington han desarrollado por primera vez un método para cargar de forma segura un teléfono inteligente de forma inalámbrica utilizando un láser.
Como informa el equipo en un artículo publicado en línea en diciembre en el Actas de la Association for Computing Machinery on Interactive , Móvil, Tecnologías portátiles y ubicuas, una flecha, El rayo invisible de un emisor láser puede cargar un teléfono inteligente que se encuentra al otro lado de una habitación y, potencialmente, puede cargar un teléfono inteligente tan rápido como un cable USB estándar. Para lograr esto, el equipo montó una celda de potencia delgada en la parte posterior de un teléfono inteligente, que carga el teléfono inteligente con energía del láser. Además, las características de seguridad diseñadas a medida del equipo, que incluyen un metal, Disipador de calor de placa plana en el teléfono inteligente para disipar el exceso de calor del láser, así como un mecanismo basado en reflector para apagar el láser si una persona intenta moverse en la trayectoria del rayo de carga.
"La seguridad fue nuestro enfoque al diseñar este sistema, "dijo el coautor Shyam Gollakota, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Paul G. Allen de la Universidad de Washington. "Hemos diseñado, construyó y probó este sistema de carga basado en láser con un mecanismo de seguridad de respuesta rápida, lo que asegura que el emisor láser terminará el rayo de carga antes de que una persona se interponga en el camino del láser ".
Gollakota y el coautor Arka Majumdar, un profesor asistente de la UW de física e ingeniería eléctrica, dirigió el equipo que diseñó este sistema de carga inalámbrica y sus características de seguridad.
"Además del mecanismo de seguridad que interrumpe rápidamente el rayo de carga, nuestra plataforma incluye un disipador de calor para disipar el exceso de calor generado por el haz de carga, ", dijo Majumdar." Estas características le dan a nuestro sistema de carga inalámbrica los sólidos estándares de seguridad necesarios para aplicarlo a una variedad de entornos comerciales y domésticos ".
Iluminado en rojo es uno de los retrorreflectores impresos en 3-D, que refleja los rayos de protección de baja potencia a los diodos del emisor láser. La interrupción de los haces de protección activa un sistema de seguridad que bloquea el haz de carga. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington
El rayo de carga es generado por un emisor láser que el equipo configuró para producir un rayo enfocado en el espectro del infrarrojo cercano. El sistema de seguridad que apaga el haz de carga se centra en los de baja potencia, rayos de protección láser inofensivos, "que son emitidos por otra fuente láser ubicada junto con el rayo láser de carga y" rodean "físicamente el rayo de carga. Los" retrorreflectores "impresos en 3D personalizados colocados alrededor de la celda de energía en el teléfono inteligente reflejan los rayos de protección de regreso a los fotodiodos en el emisor láser. Los rayos de protección no cargan el teléfono en sí, pero su reflejo desde el teléfono inteligente de regreso al emisor les permite servir como un "sensor" para cuando una persona se moverá en el camino del rayo de protección. Los investigadores diseñaron el emisor láser para terminar el rayo de carga cuando cualquier objeto, como parte del cuerpo de una persona, entra en contacto con uno de los rayos de protección. El bloqueo de los rayos de protección se puede detectar con la suficiente rapidez como para detectar los movimientos más rápidos del cuerpo humano, basado en décadas de estudios fisiológicos.
"Los rayos de protección pueden actuar más rápido que nuestros movimientos más rápidos porque esos rayos se reflejan en el emisor a la velocidad de la luz, "dijo Gollakota." Como resultado, cuando la viga de protección es interrumpida por el movimiento de una persona, el emisor detecta esto en una fracción de segundo y despliega un obturador para bloquear el rayo de carga antes de que la persona pueda entrar en contacto con él ".
Se espera que la próxima generación de dispositivos ópticos a nanoescala funcione con una frecuencia de gigahercios, lo que podría reducir el tiempo de respuesta del obturador a nanosegundos, añadió Majumdar.
El rayo carga el teléfono inteligente a través de una celda de energía montada en la parte posterior del teléfono. Un haz estrecho puede entregar una potencia constante de 2 W a un área de 15 pulgadas cuadradas desde una distancia de hasta 4,3 metros, o alrededor de 14 pies. Pero el emisor se puede modificar para expandir el radio del rayo de carga a un área de hasta 100 centímetros cuadrados desde una distancia de 12 metros. o casi 40 pies. Esta extensión significa que el emisor podría apuntar a una superficie de carga más amplia, como un mostrador o una mesa, y cargue un teléfono inteligente colocado en cualquier lugar de esa superficie.
El prototipo del ensamblaje del disipador de calor del equipo de UW, que se puede conectar a la parte posterior de un teléfono inteligente, consta de una celda fotovoltaica (cuadrado plateado, arriba) conectado a un generador termoeléctrico (en blanco). El generador está montado sobre un disipador de calor de aluminio. Todo el conjunto tiene solo 8 mm de grosor y 40 mm de ancho. Crédito:Mark Stone / Universidad de Washington
Los investigadores programaron el teléfono inteligente para señalar su ubicación mediante la emisión de "chirridos" acústicos de alta frecuencia. Estos son inaudibles para nuestros oídos, pero lo suficientemente sensible para que lo capten pequeños micrófonos en el emisor láser.
"Este sistema de localización acústica asegura que el emisor pueda detectar cuando un usuario ha colocado el teléfono inteligente en la superficie de carga, que puede ser una ubicación normal, como una mesa al otro lado de la habitación, "dijo el coautor principal Vikram Iyer, un estudiante de doctorado de la UW en ingeniería eléctrica.
Cuando el emisor detecta el teléfono inteligente en la superficie de carga deseada, enciende el láser para comenzar a cargar la batería.
"El rayo entrega carga tan rápido como conectar su teléfono inteligente a un puerto USB, "dijo el coautor principal Elyas Bayati, un estudiante de doctorado de la UW en ingeniería eléctrica. "Pero en lugar de conectar el teléfono, simplemente lo coloca sobre una mesa ".
Para asegurarse de que el rayo de carga no sobrecaliente el teléfono inteligente, El equipo también colocó finas tiras de aluminio en la parte posterior del teléfono inteligente alrededor de la celda de energía. Estas tiras actúan como disipador de calor, disipando el exceso de calor del rayo de carga y permitiendo que el láser cargue el teléfono inteligente durante horas. Incluso recolectaron una pequeña cantidad de este calor para ayudar a cargar el teléfono inteligente, montando un generador termoeléctrico casi plano sobre las tiras del disipador de calor.
Los investigadores creen que sus sólidas funciones de seguridad y disipación de calor podrían permitir la conexión inalámbrica, carga por láser de otros dispositivos, como cámaras, tabletas e incluso computadoras de escritorio. Si es así, la tarea antes de acostarse de conectar su teléfono inteligente, La tableta o computadora portátil algún día puede ser reemplazada por un ritual más simple:colocarla sobre una mesa.
