Los métodos actuales para cargar dispositivos electrónicos a través de tecnología inalámbrica solo funcionan si los parámetros generales del sistema están configurados para que coincidan con una distancia de transferencia específica. Como resultado, estos métodos se limitan a aplicaciones de transferencia de energía estacionarias, lo que significa que un dispositivo que está recibiendo energía necesita mantener una distancia específica de la fuente que lo suministra para que la transferencia de energía sea exitosa.

Investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado recientemente una nueva técnica que podría permitir una transferencia de energía inalámbrica más eficiente independientemente de la distancia entre un dispositivo y su fuente de energía. Su papel publicado en Electrónica de la naturaleza , podría ayudar a superar algunas de las limitaciones actuales de las herramientas existentes para la carga inalámbrica de dispositivos electrónicos.

"El objetivo principal de nuestro estudio fue superar la barrera de la carga inalámbrica dinámica, "Sid Assawaworrarit, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Nuestra idea se basa en la simetría de paridad-tiempo (simetría PT), que se refiere a sistemas con pérdidas y ganancias equilibradas ".

En uno de sus estudios anteriores, Assawaworrarit y su colega Shanhui Fan introdujeron una configuración de circuito simétrico PT no lineal que podría ofrecer una transferencia de energía inalámbrica robusta, manteniendo esta capacidad incluso cuando un dispositivo se movía rápidamente en un espacio determinado. Si bien su sistema logró resultados prometedores, su eficiencia global dista mucho de ser satisfactoria. En su nuevo estudio, los investigadores introdujeron una estrategia de diseño que hace que su sistema previamente desarrollado sea más robusto y eficiente.

"La robustez de nuestro sistema se logró mediante la incorporación de un amplificador como elemento de ganancia en el lado de la fuente de nuestro sistema de transferencia de energía inalámbrico propuesto, "Assawaworrarit explicó." La ganancia permite que las oscilaciones se acumulen en el sistema con el tiempo, siendo la frecuencia de oscilación la que crece más rápido. Esto es similar a lo que sucede en un oscilador, excepto que la fuente de energía y la carga están separadas en el espacio ".

La frecuencia propia del sistema es la frecuencia a la que un sistema funciona bien y que facilita la transferencia eficiente de energía a un dispositivo. En el sistema ideado por los investigadores, esta frecuencia de oscilación se adapta a las condiciones cambiantes, que podría ser el movimiento del dispositivo que recibe energía en una escala de tiempo de menos de milisegundos, manteniendo así un punto de transferencia eficiente, incluso cuando el dispositivo está en movimiento rápido.

"La alta eficiencia de nuestro sistema se logró diseñando cuidadosamente su elemento de ganancia, ", Dijo Assawaworrarit." Un amplificador estándar, que se utilizó en nuestro trabajo anterior, genera una versión amplificada de una señal de entrada al extraer parte de su fuente de alimentación de CC que no se apaga como oscilaciones en la salida, y por lo tanto tiene una baja eficiencia típicamente del orden del 50% o menos ".

Usando amplificadores de modo conmutado, Assawaworrarit y Fan pudieron evitar la pérdida de eficiencia que obstaculizó el rendimiento general de la configuración del circuito que desarrollaron en su investigación anterior. Los amplificadores que usaron evitaron esta pérdida de eficiencia al operar un transistor como un interruptor controlado, que no consume energía tanto cuando el sistema está encendido como apagado.

"Amplificadores de modo conmutado, sin embargo, suelen estar diseñados para una banda de frecuencia de funcionamiento estrecha, debido a la necesidad de satisfacer una condición de conmutación y una potencia de salida eficientes, que suelen ser sensibles a la frecuencia, ", Dijo Assawaworrarit." Con el diseño de circuito correcto, las contribuciones del acoplamiento y las variaciones de frecuencia propia en la distancia de transferencia se cancelan, y por lo tanto, la condición de conmutación eficiente se puede mantener para una amplia gama de distancias de transferencia ".

La principal ventaja del nuevo sistema de carga inalámbrica ideado por los investigadores es su robustez, independientemente de la distancia entre un dispositivo y la fuente de alimentación. El sistema puede adaptarse rápidamente en una escala de tiempo de menos de milisegundos, lo que significa que podría permitir la carga inalámbrica remota incluso cuando un dispositivo se mueve a velocidades muy altas, por ejemplo, si el dispositivo en cuestión es un automóvil que circula a alta velocidad en una autopista.

"Este estudio representa contribuciones sustanciales tanto en la teoría como en la práctica, " Admirador, el otro investigador involucrado en el estudio, dijo Phys.org. "En términos de contribuciones teóricas, nuestro trabajo apunta a la importancia de la no linealidad en la dinámica de los sistemas PT-simétricos. En el lado práctico, nuestro trabajo representa un paso importante hacia la transferencia de energía inalámbrica dinámica al demostrar que dicha transferencia se puede realizar de manera robusta y eficiente ".

En una serie de pruebas iniciales, el nuevo sistema logró resultados notables, ya que pudo transferir de manera efectiva alrededor de 10 W de potencia a través de tecnología inalámbrica a un dispositivo en movimiento que se encontraba a distancias de entre 0 y 65 cm de la fuente, con una eficiencia total casi constante del 92%. En el futuro, el sistema podría mejorarse aún más para permitir la transferencia de mayores cantidades de energía desde un rango de distancias aún más amplio.

"Hay algunas vías que vale la pena explorar en nuestros próximos estudios, "Assawaworrarit dijo." Para algunas aplicaciones, como cargar un automóvil en movimiento, Es beneficioso tener una serie de bobinas fuente incrustadas debajo de la calzada. En cuyo caso, deberían ser útiles los estudios de su ubicación e interacción óptimas. También es importante aumentar aún más la cantidad de energía que se transfiere, especialmente para aplicaciones de vehículos ".

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