تستخدم منصات الشحن اللاسلكية الحالية بشكل أساسي الحث قصير المدى وهي فعالة للغاية، ولكن لا يمكنها الشحن إلا بالقرب من الجهاز الذي يتم شحنه. يُظهر بحث جديد الآن أنه من خلال تسخير قدرات الهوائيات الحلقية على منع الإشعاع، من الممكن شحن الأجهزة ليس فقط على مسافات أكبر بكفاءة تزيد عن 80%، ولكن أيضًا في مجموعة متنوعة من الاتجاهات، مما يمهد الطريق لعصر جديد من نقل الطاقة اللاسلكي المناسب للأجهزة التي تتراوح من الأدوات المحمولة إلى الأجهزة الطبية الحيوية المزروعة.
يعد النظر في فقد الإشعاع أمرًا بالغ الأهمية لنقل الطاقة اللاسلكية لمسافات طويلة بكفاءة. طور المهندسون في جامعة آلتو طريقة محسنة للشحن اللاسلكي لمسافات طويلة. ومن خلال تعزيز التفاعل بين هوائيات الإرسال والاستقبال واستغلال ظاهرة "قمع الإشعاع"، فإنها تعمل على تعميق فهمنا النظري لنقل الطاقة اللاسلكية بما يتجاوز الطرق الاستقرائية التقليدية، وهو تقدم كبير في هذا المجال.
يعد الشحن لمسافات قصيرة، مثل الشحن من خلال لوحة الحث، والذي يستخدم مجالًا مغناطيسيًا قريب المدى لنقل الطاقة الكهربائية، فعالًا للغاية، ولكن عندما تكون المسافة أطول، تنخفض الكفاءة بشكل حاد. يظهر بحث جديد أنه يمكن الحفاظ على هذه الكفاءة العالية على مسافات طويلة عن طريق قمع مقاومة الإشعاع للهوائي الحلقي الذي يرسل ويستقبل الطاقة الكهربائية.
يمكن للهوائيين الحلقيين (نصف القطر: 3.6 سم) نقل الطاقة لبعضهما البعض على مسافة 18 سم. مصدر الصورة: NamHa-Van/جامعة آلتو
في السابق، قام المختبر بتطوير نظام شحن لاسلكي متعدد الاتجاهات يمكنه شحن الأجهزة في أي اتجاه. الآن، قاموا بتوسيع هذا العمل بنظرية جديدة لديناميات الشحن اللاسلكي التي تنظر عن كثب إلى المسافات والظروف على المدى القريب (غير الإشعاعي) والبعيد (الإشعاعي). وعلى وجه الخصوص، أظهروا أنه باستخدام الترددات المثالية في نطاق مئات الميجاهيرتز، يمكن تحقيق كفاءة إرسال عالية تزيد عن 80% على مسافات تقارب خمسة أضعاف حجم الهوائي.
وقال المؤلف الأول نام ها فان، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة آلتو: "أردنا موازنة قوة النقل الفعالة مع فقدان الإشعاع، الذي يحدث دائمًا على مسافات أطول". "اتضح أنه عندما تكون التيارات في الهوائي الحلقي ذات سعات متساوية وأطوار متضادة، يمكننا إلغاء فقدان الإشعاع، وبالتالي زيادة الكفاءة."
ابتكر الباحثون طريقة تسمح بالتحليل الرياضي أو التجريبي لأي نظام نقل طاقة لاسلكي. وهذا يسمح بإجراء تقييم أكثر اكتمالا لكفاءة نقل الطاقة على مسافات قصيرة وطويلة وهو ما لم يكن ممكنا من قبل. ثم قاموا باختبار كيفية عمل الشحن بين هوائيين حلقيين (انظر الشكل) متباعدين تمامًا بالنسبة لحجمهما، وحددوا قمع الإشعاع باعتباره الآلية التي تساعد على تحسين كفاءة الإرسال.
وقال ها فان: "الأمر كله يتعلق بإيجاد أفضل إعداد لنقل الطاقة لاسلكيًا، سواء على مسافات قريبة أو طويلة". "من خلال طريقتنا، يمكننا الآن توسيع نطاق النقل إلى ما هو أبعد من أنظمة الشحن اللاسلكي التقليدية مع الحفاظ على كفاءة عالية. إن نقل الطاقة لاسلكيًا ليس مهمًا للهواتف والأدوات الذكية فحسب، بل يمكن أيضًا أن تستفيد منه الغرسات الطبية الحيوية ذات سعة البطارية المحدودة. يمكن أن يأخذ البحث الذي أجراه ها-فان وزملاؤه أيضًا في الاعتبار عقبات مثل الأنسجة البشرية التي قد تعيق الشحن."