Bezdrátové nabíjení chytrých telefonů a podobných zařízení vypadá jako kouzlo. Ve skutečnosti je ale docela jednoduché. Nabíjecí jednotka je vlastně cívka, která vytváří elektromagnetické pole. Přijímač, cívka v telefonu, zachycuje elektromagnetické vlny, které vytvářejí elektrický proud a nabíjejí baterii.
Ifana Mahbubová z University of Texas a její kolegové mají mnohem větší ambice. Hodlají nabíjet velké drony na velkou vzdálenost. Pokud uspějí, mohlo by to mít podstatný vliv na operační nasazení dronů. Nemusely by se vracet na základnu pro nové baterie nebo pro jejich nabití. To by šetřilo cenný čas a zdroje, nemluvě o tom, že by se zvýšily šance na úspěch mise.
DARPA má tyto technologie v zorném poli. V roce 2021 udělila Mahbubové Young Faculty Award v hodnotě 500 tisíc dolarů na dva roky práce. A nedávno Mahbubová dostala dalších 250 tisíc dolarů na pokračování. Vyvíjí se to slibně, ale není to jednoduché.
Jednou z největších překážek, na kterou Mahbubová naráží, je, vcelku očekávaně, rozptyl elektromagnetického záření a ztráta energie při vysílání na velkou vzdálenost. Řeší to použitím fázované soustavy antén (phased-array antennas). Vznikající technologie využívá telemetrie dronů v reálném čase, aby zajistila neustálé zaměření dronu a maximální nabíjení. Jinými slovy, nabíjecí systém co nejpřesněji sleduje dron a posílá mu energii s chirurgickou přesností.
Bezdrátové dobíjení dronů v horkých zónách by mohlo podstatně změnit situaci na bojištích, i když protivníci jistě nebudou váhat s protiopatřeními. Zároveň je jasné, že by takový systém mohl mít daleko širší využití. Mohl by nabíjet elektrická vozidla a podobná zařízení. Nebo třeba implantáty v pacientech, pochopitelně na nižších frekvencích. Mahbubová současně pracuje i na takovém systému, který by byl bezpečný pro lidské uživatele.
Video: IEEE VTS Webinar on AAM: Beam Steering & Beam-tracking Systems for Vehicle-to-Vehicle Communication
Literatura
Na Novém Zélandu připravují komerční dálkový bezdrátový přenos energie
Autor: Stanislav Mihulka (04.08.2020)
Americké námořnictvo přeneslo mikrovlnami 1,6 kW na vzdálenost přes 1 km
Autor: Stanislav Mihulka (23.04.2022)
DARPA shání laserový systém, který by bezdrátově přenášel energii po světě
Autor: Stanislav Mihulka (16.09.2023)
Diskuze:
Neuvěřím, dokud to neuvidím
Petr Mikulášek,2024-06-06 18:43:14
Bude to jako vždycky. Prachy fuč a popsaný stoh papíru, proč se to nepovedlo, ale že byla na správné stopě.
1) Musí na to být nějaká použitelná frekvence. Ale jaká, když je všechno z použitelnýho rozsahu obsazeno? Bezlicenční 2.4 GHz?To je zadarmo jenom proto, že to koliduje s rezonanční frekvencí vody. 5 GHz je od toho druhá harmonická. Na poušti možná použitelný, ale v mlze, sněhu, dešti, v dusnu před bouřkou apod. jim všechno sežere vzduch. A to neokecá.
2) Vysílací anténa bude dávat vždycky kužel. Museli by to precizně fokusovat, protože jestli se zdvojnásobí vzdálenost dronu a kužel zůstane stejný, je tam čtvrtinová hustota výkonu na jednotku plochy. Takže čtyřnásobek nabíjecí doby (než se dobije, spadne).
3) Jde o to, jak se zaměří přijímací anténa. Zisk klesá s kosinem odchylky od osy, takže je potřeba přesně držet směrování antény, jinak to zabije. 20° odchylky stojí 6% výkonu, 30°už stojí 13.5% a rychle to roste. Takže nejenom zaměřovat paprsek, ale i hlídat sklon a natočení...
4) Je potřeba, aby anténa dávala co nejvyšší napětí. Pokud bude jenom 1V a na usměrňovači (Graetz ze Schottkyn) má úbytek 0.95V, tak je to hodně blbá situace. Vyšší napětí = víc závitů = vyšší impedance.
5) Je potřeba přizpůsobit impedanci antény, aby dodala maximum energie. V ideálním stavu 50% toho, co anténa obdrží.
U nás v práci na bezdrátovým nabíjení pro zákazníka, jenom v dosahu cca 10cm, pohořelo už pět HW vývojářů. A furt to odolává.
No neviem
Macko Pu1,2024-06-04 18:30:22
Nie že by som bol odborník v tejto oblasti, ale nie je uv laser najenergetickejšie fokusované žiarenie? Stačí mi ak mi darpa pošle 100k keď to už je vyriešené. Načo sú dobré nižšie frekvencie ?
Re: No neviem
D@1imi1 Hrušk@,2024-06-04 19:43:25
Nižší frekvence jsou dobré například v tom, že co zachytíte na přijímači, to se přemění na elektřinu a co nezachytíte, to prostě letí dál. Nevím přesně, jak byste chtěl přeměňovat UV na elektřinu, možná nějakou obdobou solárních panelů... každopádně zářivý výkon, který byste i při zohlednění účinnosti panelu potřeboval na dobití dronu za letu, by ten dron upekl.
Když si ohřívám jídlo v mikrovlnce, rozhodně nemám pocit, že by nižší frekvence byly málo energetické. Vy nepotřebujete vysokoenergetické fotony, ale vysoký zářivý výkon.
Jinak atmosféra moc dobře propustná pro UV záření není. Dochází jak k jeho pohlcovní, tak k Rayleighovu rozptylu, který je nepřímo úměrný čtvrté mocnině vlnové délky záření.
A jelikož kladete takové základní otázky, tak asi žádný grant nedostanete :-)
Re: Re: No neviem
Macko Pu1,2024-06-04 19:58:03
Tak vidím, že ešte budem musieť natiahnuť trochu rozpočet na dotiahnutie detailov. Ono nevidím zasa veľký rozdiel medzi radarom a týmto zariadením. A na radar drony nalietavajú ako muchy. Takže prečo by nerobili niečo také aj tu ?
Re: Re: No neviem
Marek Fucila,2024-06-05 00:41:12
Už roky sa hovorí o solárnej elektrárni na orbite, čo asi nie je uskutočniteľné, keď to doteraz nemáme. Ale pre drony by mohlo byť zaujímavé, ak by lietala sieť satelitov ako je starlink, ktoré by ich postupne dobíjali. Vysoko letiace drony a nízko letiace satelity by nemuseli mať taký rozptyl ako geostacionárna elektráreň.
Bol by to eko-friendly prieskum alebo boj. :-)
Keď ale financujú nabíjanie zo Zeme, asi je to tiež sci-fi.
Re: Re: Re: No neviem
Martin Zeithaml,2024-06-05 08:24:49
Proč sci-fi? Vyslat dost energie úzkým paprskem není žádný problém a je dávno vyřešen. Hlavně u armády, která není při nějakém konfliktu spoutaná pravidly o maximálním vyzařovacím výkonu.
Oni "jen" musí najít vhodnou frekvenci a optimalizovat přijímač tak aby ho ten dron unesl a zároveň dodal dost energie pro napájení dronu.
Re: Re: Re: Re: No neviem
Marek Fucila,2024-06-06 01:36:59
No a práve tam je otázka, či je to zmysluplné. Koľko energie vie taký satelit získať a uložiť (za nejaký čas), ako dlho dokáže pri prelete svietiť na dron (predpokladám, že len okamih a že by teda postupne dobíjalo dron množstvo satelitov), aká je samotná efektivita prenosu a teda či by tá získaná energia mala praktický vplyv. No a teda plus aj ekonomika. Armáda ju asi až tak riešiť nemusí, ale ak by to boli astronomické čísla, asi vedia peniaze minúť aj na niečo iné.
A myslím si, že ich to už napadlo a tie hodnoty neboli moc priaznivé, keď to ešte nerobia. :-)
Re: Re: No neviem
F M,2024-06-05 14:39:49
Laser a turbína (vtip asi).
Použití elektrovln pro elektromobilitu (vtip tedy doufám). Ty ztráty u již tak neefektivního systému (myšleno po vlastní výstup směrem k El. mobilu). A k tomu přenášený výkon, to by již opravdu mohli ti pečení holubi do úst létat.
Teď vážně, bohužel se bližší specifikace nedozvíme, ale nečekal bych žádné zázraky, snad jednotková procenta na stovky metrů (ale to jen optimisticky cucám z palce vzhledem k možné velikosti přijímací antény na malinkém dronu), pro vojenská zařízení to může stačit 10kW/desítky stovky W. Při souběžném letu s "tankerem" v malé vzdálenosti to bude zajímavější, tím se dostávám k té zajímavější a asi přínosnější části, sledování a zaměřování toho paprsku jen elektronicky bez nutnosti pohnout anténou a tím zvýšené přesnosti udržení paprsku na přijímači. Kde všude jinde to má potenciál přispět? Samozřejmě s větším dronem/anténou to může rychle růst.
https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_power_transfer
Na rozdíl od polí však lze elektromagnetické záření zaostřit odrazem nebo lomem do paprsků. Použitím antény s vysokým ziskem nebo optického systému , který soustředí záření do úzkého paprsku zaměřeného na přijímač, jej lze použít pro přenos energie na velké vzdálenosti . [35] [40] Podle Rayleighova kritéria , aby se vytvořily úzké paprsky potřebné k soustředění významného množství energie na vzdálený přijímač, musí být anténa mnohem větší než vlnová délka použitých vln: D ant >> λ = c/f . [41] Praktická zařízení pro napájení paprskem vyžadují vlnové délky v oblasti centimetrů nebo nižší, což odpovídá frekvencím nad 1 GHz, v mikrovlnném rozsahu nebo výše.
Anténa? https://en.wikipedia.org/wiki/Rectenna
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
