Is een draadloze toekomst mogelijk? Een blik op hoe draadloze energieoverdracht en -ontvangst onze levens en industrieën zullen veranderen.
Vergelijk het leven van 500 jaar geleden met het leven van nu. Een van de meest revolutionaire verschillen is de aanwezigheid van elektronica. Van kleine gloeilampen tot gigantische koelkasten, het is moeilijk om ons leven zonder ze voor te stellen. Dit komt doordat elektronica een steeds belangrijker onderdeel van ons leven is geworden. Veel van hen gebruiken niet veel stroom, zoals zaklampen en afstandsbedieningen, die slechts een batterij of twee nodig hebben om te werken, maar andere, zoals tv's en opladers, die veel stroom verbruiken, moeten in een stopcontact worden gestoken om te werken.
Deze elektronica heeft bijna elk aspect van ons leven veranderd. Vijfhonderd jaar geleden verlichtten mensen de nacht met kaarsen, zoutten voedsel om het te bewaren en hadden een compleet andere levensstijl dan wij vandaag de dag. De uitvinding van elektriciteit en elektronica transformeerde niet alleen ons dagelijks leven, maar ook de industrie en de economie. Elektrische motoren en machines hebben de productiviteit enorm vergroot en de ontwikkeling van informatie- en communicatietechnologieën heeft de wereld in realtime met elkaar verbonden.
In ons dagelijks leven zijn draden alomtegenwoordig, maar hun bekendheid maakt ons blind voor hun ongemak en gevaar, en we lijken ze als vanzelfsprekend te beschouwen. Stel je voor dat je een spel speelt zoals de mensen in een van de reclamespots van het bedrijf, op zoek naar een stopcontact en je telefoon op een oplader aansluit. Vanuit praktisch oogpunt zijn draden die het gebruiksbereik beperken een groot ongemak. Ze beperken de gebruiksradius van het product vanaf het stopcontact tot de lengte van de draad, wat uiteraard de bruikbaarheid van het product vermindert. Stel je voor dat je een oplader aansluit voor een elektronisch apparaat dat je moet meenemen en gebruiken, en je zult het ongemak beseffen.
Vanuit veiligheidsoogpunt brengen draden ook een aantal risico's met zich mee. We hebben allemaal de verhalen gezien over verwarde draden die kortsluiting veroorzaken en brand veroorzaken, en als je lichaam in contact komt met een onbedekte draad en geëlektrocuteerd wordt, kan dit fataal zijn. Hetzelfde geldt voor productontwerp. De aanwezigheid van draden kan visueel opdringerig zijn, en de aansluitingen waarmee ze op een product kunnen worden aangesloten, kunnen een afleiding vormen van het productontwerp. Omdat draden altijd noodzakelijk en ongemakkelijk zijn geweest, worden er technologieën ontwikkeld om stroom zonder draden te verzenden en te ontvangen.
Draadloze energietransmissie en -ontvangst is een technologie die elektrische energie omzet en verzendt in een draadloos overdraagbare vorm zonder dat er draden tussen producten nodig zijn, en werd in de 19e eeuw door Tesla voorgesteld. Praktische draadloze energietransmissie- en ontvangsttechnologieën zijn onderverdeeld in twee hoofdtypen op basis van hun methoden en principes: magnetische inductie en magnetische resonantie.
De eerste, magnetische inductie, maakt gebruik van het fenomeen elektromagnetische inductie, dat werd ontdekt en wiskundig beschreven door Michael Faraday. Elektromagnetische inductie is het fenomeen dat een spanning of potentiaalverschil veroorzaakt in een geleider waarbij het magnetische veld verandert. Wanneer een magneet herhaaldelijk in een spoel wordt geplaatst en verwijderd, vloeit er stroom door de spoel, wat het fenomeen van elektromagnetische inductie is. De magnetische inductiemethode, een technologie voor draadloze transmissie en ontvangst van energie, maakt gebruik van het fenomeen van magnetische inductie tussen de primaire spoel van de vermogenszender en de secundaire spoel van de vermogensontvanger. Wanneer stroom door de primaire spoel vloeit en een magnetisch veld genereert, vloeit er stroom door de secundaire spoel en brengt elektrische energie over naar het product. Het is gemakkelijk om relatief grote hoeveelheden stroom te verzenden en te ontvangen, en het wordt ook gebruikt om mobiele telefoons op te laden die door sommige bedrijven zijn vervaardigd. Er is zelfs een internationale standaard opgesteld door de World Wireless Charging Association, dus het wordt beschouwd als een volwassen technologie die gecommercialiseerd en gestandaardiseerd is. Hoewel het zeer efficiënt is, met een maximale energie-efficiëntie van 90%, kan het niet worden verzonden of ontvangen op een afstand van meer dan 41 mm, dus er kan niet worden gezegd dat het draadloos is. Bovendien moet het midden van de primaire en secundaire spoelen zich precies in een rechte lijn bevinden om efficiënt stroom te kunnen verzenden en ontvangen, en als ze zelfs maar een klein beetje afwijken van een rechte lijn, daalt de efficiëntie dramatisch, wat als een punt wordt beschouwd dat moet worden overwogen. in de toekomst verbeterd.
Een andere manier om stroom te verzenden en ontvangen zonder draden is via magnetische resonantie. Zoals de naam al doet vermoeden, is het fenomeen dat deze technologie gebruikt resonantie. Elk object dat niet op het absolute nulpunt staat, heeft een unieke frequentie die trilt op een frequentie die te klein is om door mensen te worden gevoeld, de zogenaamde natuurlijke frequentie. Op dit moment wordt het fenomeen dat de amplitude aanzienlijk toeneemt door de regelmatige overdracht van trillingen van dezelfde frequentie als de natuurlijke frequentie van buitenaf resonantie genoemd. Door dit fenomeen toe te passen, wanneer een resonantiespoel met dezelfde natuurlijke frequentie wordt bevestigd aan een vermogenszender en een vermogensontvanger, neemt de amplitude toe, wat een toename van het vermogen betekent. Dit overwint de zend- en ontvangstafstand die een probleem is geweest met magnetische inductie. Zelfs als de ontvanger en de zender 1 meter uit elkaar staan, is de vermogensefficiëntie 90%, wat betekent dat vermogen efficiënt kan worden verzonden en ontvangen over langere afstanden.
Momenteel is de meest voorkomende toepassing van draadloze energieoverdracht en -ontvangst op het gebied van opladen. Hoewel dit minder een zorg is voor producten die afzonderlijk kunnen worden opgeladen, is de behoefte aan draadloze oplaadtechnologie behoorlijk urgent voor alles-in-één mobiele telefoons met niet-verwijderbare batterijen. Andere producten die zullen profiteren van deze technologie zijn elektrische tandenborstels die niet langer kunnen worden gevoed door de kleine spanning van batterijen, televisies, computers en laptops die de aanwezigheid van lelijke draden willen verbergen.
Draadloze energieoverdracht en -ontvangst staat nog in de kinderschoenen. Het ongemak van het ontbreken van draden weegt nog steeds op tegen de voordelen van deze technologie. Er zijn nog veel meer bergen te beklimmen en veel meer problemen op te lossen. Vanuit een praktisch standpunt is het bespreken van hoe deze technologie op dit moment zal worden gebruikt, alsof je een kind vraagt om de laatste stelling van Fermat te bewijzen. Hoewel de technologie zelf relatief nieuw is, krijgt de markt snel vorm en lijkt deze volwassen te worden; in feite is de omvang van de markt de afgelopen jaren met meerdere ordes van grootte toegenomen. Tegelijkertijd kunnen we echter een ander neveneffect van draadloze energieoverdracht en -ontvangst niet negeren. De toegenomen vermogensverliezen die gepaard gaan met het draadloos verzenden van vermogen in alle richtingen, in tegenstelling tot het efficiënt verzenden en ontvangen van vermogen in een beperkt aantal richtingen via draden, kunnen kostbaar zijn. Bovendien moeten de effecten van vermogen in de vorm van elektromagnetische golven op mensen en andere elektronica grondig worden gevalideerd. Dit is des te belangrijker omdat elektromagnetische golven onzichtbaar zijn en gedurende langere tijd kunnen worden blootgesteld dan anders het geval zou zijn. Naarmate het Internet of Things zich ontwikkelt, is ook de overdracht van malware en virussen via de draadloze overdracht en ontvangst van stroom een zorg.
In deze context wordt verwacht dat draadloze energieoverdracht- en ontvangsttechnologie nieuwe mogelijkheden zal bieden in verschillende industrieën. In de medische sector kan draadloze technologie worden gebruikt om medische apparaten die in het lichaam van een patiënt zijn geplaatst op afstand op te laden of te bedienen, wat het ongemak van de patiënt aanzienlijk kan verminderen. Naarmate de technologie voor slimme huizen vordert, kan het ook helpen om een efficiëntere en comfortabelere leefomgeving te creëren door alle elektronische apparaten in huis draadloos met elkaar te verbinden. Voor industriële robots en drones kan draadloos opladen hun werkuren verlengen en de productiviteit verhogen. Gezien deze punten heeft draadloze energieoverdracht- en ontvangsttechnologie het potentieel om veel gebieden te revolutioneren, naast het simpelweg elimineren van draden.
Daarom is draadloze energieoverdracht en -ontvangst een technologie die ons grote hoop geeft op een wereld zonder draden. Hoewel er nog veel problemen zijn om op te lossen en uitdagingen om te overwinnen, is het potentieel voor vooruitgang enorm. We hopen dat op een dag alle elektronica draadloos van stroom wordt voorzien en dat onderzoek en ontwikkeling dit blijven realiseren.
