Investigadores logran transmitir energía de forma inalámbrica a más de 30 metros de distancia

No es mucho, pero es un pequeño paso, tal vez, hacia el sistema de energía inalámbrica que alguna vez imaginó Nikola Tesla.

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 «en el acto» 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 utilizados para monitorear procesos en plantas de fabricación».

En la revista especializada Optics 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.

Carga láser distribuida

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.

Algún día podríamos cargar nuestros teléfonos y tabletas de forma inalámbrica a través del aire, gracias a la tecnología recientemente desarrollada. Crédito: N. Javed et al.

«Mientras que la mayoría de los otros enfoques requieren que el dispositivo receptor esté en una base de carga especial o que 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», explicó Ha.

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.

Prueba 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 estimulada 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.

El montaje experimental. Crédito: J. Ha, Universidad de Sejong.

Los científicos 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», señaló 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 autores 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.

Fuente: Optica. Edición: MP.