Imagínese entrar en un aeropuerto o en una tienda de comestibles y su teléfono inteligente comienza a cargarse automáticamente. Esto podría ser una realidad algún día, gracias a un nuevo sistema de carga láser inalámbrico que supera algunos de los desafíos que han obstaculizado los intentos anteriores de desarrollar sistemas de carga sobre la marcha seguros y convenientes.

"La capacidad de alimentar dispositivos de forma inalámbrica podría eliminar la necesidad de llevar cables de alimentación para nuestros teléfonos o tabletas", dijo el líder del equipo de investigación, Jinyong Ha, de la Universidad de Sejong en Corea del Sur. "También podría alimentar varios sensores, como los de los dispositivos de Internet de las cosas (IoT) y los sensores que se utilizan para monitorear los procesos en las plantas de fabricación".

En Óptica Express , los investigadores describen su nuevo sistema, que utiliza luz infrarroja para transferir de forma segura altos niveles de energía. Las pruebas de laboratorio mostraron que podía transferir 400 mW de potencia de luz a distancias de hasta 30 metros. Esta potencia es suficiente para cargar sensores y, con un mayor desarrollo, podría aumentarse a los niveles necesarios para cargar dispositivos móviles.

Se han estudiado varias técnicas para la transferencia de energía inalámbrica de largo alcance. Sin embargo, ha sido difícil enviar suficiente energía de manera segura a distancias del nivel de un metro. Para superar este desafío, los investigadores optimizaron un método llamado carga láser distribuida, que recientemente ha ganado más atención para esta aplicación porque proporciona una iluminación segura de alta potencia con menos pérdida de luz.

"Mientras que la mayoría de los otros enfoques requieren que el dispositivo receptor esté en una base de carga especial o esté estacionario, la carga láser distribuida permite la autoalineación sin procesos de seguimiento siempre que el transmisor y el receptor estén en la línea de visión uno del otro", dijo. Decir ah. "También cambia automáticamente a un modo seguro de entrega de baja potencia si un objeto o una persona bloquea la línea de visión".

Recorriendo la distancia

La carga de láser distribuida funciona de manera similar a un láser tradicional, pero en lugar de integrar los componentes ópticos de la cavidad del láser en un solo dispositivo, se separan en un transmisor y un receptor. Cuando el transmisor y el receptor están dentro de una línea de visión, se forma una cavidad láser entre ellos sobre el aire, o espacio libre, que permite que el sistema entregue energía basada en la luz. Si un obstáculo corta la línea de visión del transmisor-receptor, el sistema cambia automáticamente a un modo de seguridad de energía, logrando una entrega de energía sin peligro en el aire.

En el nuevo sistema, los investigadores utilizaron una fuente de energía óptica de amplificador de fibra dopada con erbio con una longitud de onda central de 1550 nm. Este rango de longitud de onda se encuentra en la región más segura del espectro y no representa ningún peligro para los ojos o la piel humanos con la potencia utilizada. Otro componente clave fue un filtro de multiplexación por división de longitud de onda que creó un haz de banda estrecha con potencia óptica dentro de los límites de seguridad para la propagación en el espacio libre.

"En la unidad receptora, incorporamos un retrorreflector de lente de bola esférica para facilitar la alineación del transmisor-receptor de 360 ​​grados, lo que maximiza la eficiencia de la transferencia de energía", dijo Ha. "Observamos experimentalmente que el rendimiento general del sistema dependía del índice de refracción de la lente esférica, siendo un índice de refracción de 2,003 el más eficaz".

Pruebas de laboratorio

Para demostrar el sistema, los investigadores establecieron una separación de 30 metros entre un transmisor y un receptor. El transmisor estaba hecho de la fuente óptica del amplificador de fibra dopada con erbio, y la unidad receptora incluía un retrorreflector, una celda fotovoltaica que convierte la señal óptica en energía eléctrica y un LED que se ilumina cuando se entrega la energía. Este receptor, que mide unos 10 por 10 milímetros, podría integrarse fácilmente en dispositivos y sensores.

Los resultados experimentales mostraron que un sistema de transferencia de potencia óptica inalámbrico de un solo canal podría proporcionar una potencia óptica de 400 mW con un ancho de línea de canal de 1 nm en una distancia de 30 metros. La fotovoltaica convirtió esto en una potencia eléctrica de 85 mW. Los investigadores también demostraron que el sistema cambiaba automáticamente a un modo seguro de transferencia de energía cuando una mano humana interrumpía la línea de visión. En este modo, el transmisor producía una luz de intensidad increíblemente baja que no suponía ningún riesgo para las personas.

"Usar el sistema de carga láser para reemplazar los cables de alimentación en las fábricas podría ahorrar en costos de mantenimiento y reemplazo", dijo Ha. "Esto podría ser particularmente útil en entornos hostiles donde las conexiones eléctricas pueden causar interferencias o representar un riesgo de incendio".

Ahora que han demostrado el sistema, los investigadores están trabajando para hacerlo más práctico. Por ejemplo, se podría aumentar la eficiencia de la celda fotovoltaica para convertir mejor la luz en energía eléctrica. También planean desarrollar una forma de usar el sistema para cargar múltiples receptores simultáneamente. + Explora más

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