وبهذه الطريقة، سيكون من الممكن شحن أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة دون توصيلها بالكهرباء.
في الصورة: نقل الطاقة في الهواء لمسافة مترين من ملف النحاس الموجود على اليسار إلى الملف الأيمن، حيث يتم إطلاق الضوء الكهربائي بقوة 60 واط. أعضاء الفريق الذين أجروا التجربة قاموا بحجب خط الرؤية بين الملفين بأجسادهم. في الصف الأمامي بيتر فيشر (يسار) وروبرت موتاف، وفي الصف الثاني مارتن سولياسيتش وفي الصف الثالث أندريه كورس (يسار)، جون جوانابولوس وأريستيديس كارليس
"تخيل المستقبل حيث يمكن نقل الطاقة الكهربائية بدون كابلات: الهواتف المحمولة، والروبوتات المنزلية، ومشغلات MP3، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وغيرها من الملحقات الإلكترونية المحمولة ستكون قادرة على شحن نفسها دون توصيلها بالكابلات بالكهرباء، وبالتالي تحريرنا من آخر الكابلات المتبقية لدينا - الكابلات الكهربائية. قد لا تتطلب بعض هذه الأجهزة حتى تشغيل بطاريات كبيرة الحجم. هذا ما كتبه فرانكلين هيدلي، من معهد تكنولوجيا النانو العسكرية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في مقال ظهر على موقع المعهد الأسبوع الماضي، عقب دراسة أجراها فريق من الباحثين من قسم الفيزياء وقسم التجارب الكهربائية والميكانيكية. علوم الكمبيوتر، ومعهد تكنولوجيا النانو العسكرية (ISN - Institute for Soldier Nanotechnologies) حيث تمكن الباحثون من إثبات خطوة مهمة نحو تحقيق هذه الخطوة المستقبلية بشكل تجريبي.
تمكن الباحثون - أندير كورس، أرستيديس كلاريس، روبرت موتاف، البروفيسور بيتر فيشر والبروفيسور جون جوانوبولوس (رئيس ISN) ورئيس الفريق البروفيسور مارين سوليتشيتش من تحقيق تنبؤاتهم النظرية، وإلقاء الضوء على لمبة بقوة 60 وات من مصدر طاقة يبعد عن اللمبة أكثر من 2 متر دون أي اتصال فعلي بين المصدر واللمبة. أطلق فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على هذه الإمكانية اسم WiTricity (اختصار للكهرباء اللاسلكية). تم نشر العمل في عدد 7 يونيو من مجلة Science Express - النسخة الإلكترونية من مجلة Science.
الصفافير في وقت متأخر من الليل
بدأت القصة في وقت متأخر من الليل منذ عدة سنوات، عندما كان سولياسيتش يقف بملابس النوم وينظر إلى هاتفه الخلوي في زاوية المطبخ. "هذه هي المرة السادسة في ذلك الشهر التي أستيقظ فيها على صوت صفير الهاتف الخلوي الذي يذكرني بأنني نسيت شحنه. فكرت في نفسي أنه سيكون من الرائع أن أثق به لإعادة شحن نفسه. ولجعل ذلك ممكنًا، كان من الضروري إيجاد وسيلة لنقل الكهرباء عبر الهواء، لذلك بدأ سولياسيتش بالتفكير في الظاهرة الفيزيائية التي يمكن أن تساعد في تحويل الحلم إلى حقيقة.
لسنوات عديدة، عُرفت عدة طرق لنقل الكهرباء لاسلكيًا. ولعل أفضل مثال على ذلك هو الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل موجات الراديو. ومع ذلك، على الرغم من أن هذا الإشعاع ممتاز لنقل المعلومات لاسلكيًا، إلا أنه غير متاح للاستخدام في نقل الكهرباء. وبما أن الإشعاع منتشر في كل الاتجاهات، فإن معظم الطاقة تهدر في الفضاء المفتوح. هناك طريقة أخرى وهي استخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي المباشر مثل الليزر، ولكن هذا غير عملي ومن الممكن أيضًا أن تكون هذه الطريقة خطيرة. فهو يتطلب خط رؤية غير منقطع بين المصدر والجهاز، بالإضافة إلى نظام تتبع متطور عندما يكون الجهاز الذي تريد إمداده بالكهرباء جهازًا محمولاً.
المفتاح: الرنين المغناطيسي المتكامل
بدلاً من هذه الطرق، تعتمد تقنية WiTricity على استخدام الرنين المغناطيسي المتكامل. جسمان يترددان عند نفس تردد الرنين قادران على نقل الطاقة بكفاءة عند تفاعلهما بشكل غير محكم مع جسم آخر غير صدى. الطفل على الأرجوحة هو مثال ممتاز على ذلك. الأرجوحة هي نوع من الرنين الميكانيكي بحيث أنه فقط عندما يدفع الطفل بساقيه على التردد الطبيعي للأرجوحة، يمكنه أن يمنح الأرجوحة طاقة حركة إضافية. مثال آخر هو الرنين الصوتي. في غرفة بها 100 كأس نبيذ متطابق، كل منها مملوء بالنبيذ على ارتفاع مختلف، بحيث يكون لكل منها تردد رنين مختلف. إذا غنى مغني الأوبرا نغمة واحدة بصوت عال بما فيه الكفاية في الغرفة، فإن الزجاج ذو التردد المناسب قد يجمع طاقة كافية حتى ينفجر، في حين لن يشعر أي تأثير على الكؤوس الأخرى.
"في كل نظام للرنين المتكامل، هناك منطقة تعرف باسم منطقة التشغيل المحكمة. إذا كان من الممكن ضمان التشغيل في هذه المنطقة في نظام معين، فيمكن أن يكون نقل الطاقة فعالاً للغاية.
في حين أن هذه الشروط عالمية، ومناسبة لأي نوع من الرنين (صوتي، ميكانيكي، كهرومغناطيسي)، ركز فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على نوع واحد معين - الرنانات المقترنة مغناطيسيا. درس الفريق نظامًا يميل فيه جسمان رنينان مغناطيسيًا إلى تنسيق الترددات في المجال المغناطيسي. لقد تمكنوا من اكتشاف المجال الضيق في هذا النظام، حتى عندما كانت المسافة بينهم أكبر بعدة مرات من حجم الأجسام. وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من نقل الطاقة بكفاءة.
تعتبر هذه الطريقة فعالة بشكل خاص في التطبيقات اليومية لأن معظم المواد تتفاعل بشكل ضعيف مع المجالات المغناطيسية، وبالتالي يتم منع التداخل مع الأجسام الأخرى في البيئة بشكل أكبر. يقول كورس، وهو طالب دكتوراه في الفيزياء: "إن حقيقة أن المجالات المغناطيسية تتفاعل بشكل ضعيف مع الكائنات البيولوجية هي أيضًا مهمة من ناحية السلامة".
قام الباحثون بتطوير نظام مكون من ملفين نحاسيين، حيث يعمل كل نظام بتردده الخاص. تم توصيل أحد الملفات بمصدر طاقة وأصبح وحدة الإرسال. وبدلاً من إشعاعها في البيئة وتلويثها بالموجات الكهرومغناطيسية، فإنها تملأ الهواء المحيط بإشعاع مغناطيسي غير ضار في نطاق ترددات ميغاهيرتز. تم استخدام المجال غير المشع كنطاق لنقل الطاقة الكهربائية إلى الملف الثاني (وحدة الاستقبال)، والذي تم تصميمه ليتردد مع المجال. وتضمن الطبيعة الرنانة للعملية اتصالاً قوياً بين الجهاز المرسل والجهاز المستقبل، واتصالاً ضعيفاً مع الباقي من حولهما.
وتعتمد تقنية WiTricity على قوانين فيزيائية معروفة، لذا يطرح السؤال، لماذا لم يتم التفكير في هذا الأمر سابقًا؟ يقول جوانابولوس: "في الماضي، لم يكن هناك طلب كبير على هذه الأنظمة، لذلك لم يكن هناك دافع لإجراء بحث متعمق". "على مدى السنوات القليلة الماضية، تم استخدام الأجهزة الإلكترونية المحمولة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة وأجهزة IPOD وحتى أصبحت الروبوتات المستخدمة في وظائف مختلفة في المنزل والفناء مثل المكانس الكهربائية وآلات جز العشب لاسلكية، مما يتطلب بطاريات تحتاج إلى إعادة الشحن بشكل متكرر.
ويضيف سولياسيتش: "عندما كان ابني في الثالثة من عمره، قمنا بزيارة منزل أجداده. كان معهم هاتف عمره 20 عامًا، فرفع ابني السماعة وسأل: "لماذا الهاتف متصل بالحائط بواسطة سلك؟ - هذا هو تصور الطفل الذي نشأ في عالم الاتصالات اللاسلكية. وكان جوابي: هل هذا غريب؟ آمل أن نتمكن من التخلص من المزيد من الكابلات والبطاريات أيضًا قريبًا."
تم تمويل هذا العمل من قبل مركز الأبحاث العسكرية (معهد تقنيات النانو للجنود)، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ووزارة الطاقة الأمريكية.
تعليقات 2
بعد التجربة المذكورة أعلاه.. دعهم يتحققوا بعناية إذا لم ينمو لديهم نوع من الذيل..