كابل برق را فراموش كنيد: برق را به تلويزيون خود بتابانيد!
كابل برق را فراموش كنيد: برق را به تلويزيون خود بتابانيد!
انتقال نيروي برق بدون استفاده از سيم، از روياهاي ديرينه نويسندگان علمي*تخيلي به شمار مي*رود. اما با پيشرفت*هاي مهندسي، ابزارهاي همراه و خودروهاي الكتريكي، اين رويا به زودي به واقعيت مي*پيوندد.
مجيد جويا: كابل*هاي برق همواره گرد و غبار را به خود جلب مي*كنند. كامپيوترها، تلويزيون*ها و پخش كننده*هاي موسيقي هر ساله باريك*تر مي*شوند، ولي سيم*هاي جمع شده در گوشه هر اتاق، يك مانع زشت بر سر راه مينيماليسم واقعي است. آيا راهي براي حل اين مشكل وجود دارد؟
بعد از آن دردسر شارژ تلفن*ها، ام*پي*تري پليرها و پي*دي*اي*ها قرار دارد. معمولا خيلي دردسر ساز نيست، ولي خيلي پيش مي*آيد كه شارژ باطري را فراموش كنيد و خانه را با يك باطري خالي ترك كنيد. آيا زندگي ساده*تر نمي*شد اگر هنگامي كه وارد يك ساختمان مي*شديد، نيروي برق به طور نامرئي به دستگاه شما تابيده مي*شد؟ ارتباطات بي*سيم در همه جا وجود دارد، پس چرا ما نمي*توانيم براي هميشه دستگاه*هاي الكترونيك خود را هم از كابل*هاي برق جدا كنيم. نيوساينتيست در مقاله*اي به پاسخي براي اين پرسش پرداخته است.
تا كنون بهره*وري پايين انتقال توان و مسائل ايمني، تلاش*ها براي انتقال بي*سيم نيروي برق را بي*اثر كرده بود، ولي چند شركت نوآور جديد التاسيس و چند نام بزرگ، مانند سوني و اينتل، يك بار ديگر سعي دارند اين امر را ممكن سازند. چند ساله اخير شاهد ارائه سمينارهايي بوده است كه وعده تامين نيروي الكتريكي مورد نياز براي موبايل*ها، لپتاپ*ها و تلويزيون*ها به صورت بي*سيم مي*دهند. آيا ما به زودي شاهد وداع با سيم، يك بار و براي هميشه خواهيم بود؟
آرزويي به قدمت توليد برق
ايده انتقال بي*سيم نيرو تقريبا به اندازه خود توليد برق قدمت دارد. در آغاز قرن بيستم، نيكلا تسلا پيشنهاد استفاده از كويل*هاي بزرگ براي انتقال برق از طريق لايه تروپوسفر اتمسفر به خانه*ها را داد. او حتي شروع به ساخت يك برج به نام واردن*كليف در لانگ*آيلند نيويورك كرد، كه يك برج مخابراتي خيلي بزرگ بود كه مي*توانست با استفاده از آن ايده خود براي انتقال بي*سيم نيروي برق را بيازمايد. ولي داستان جايي قطع شد كه حاميان مالي وي، هنگامي كه دريافتند كه هيچ راه عملي وجود ندارد كه بشود مطمئن شد كه مردم پول برقي را كه از ان استفاده مي*كنند مي*پردازند، و در عوض شبكه برق سيمي گسترش يافت.
انتقال بي*سيم دوباره در دهه 1960 بروز يافت، زماني كه يك هليكوپتر مينياتوري به نمايش درآمد كه انرژي خود را از امواج مايكروويوي دريافت مي*كرد كه از زمين به آن تابيده مي*شد. برخي ادعا كردند كه يك روز ما قادر خواهيم بود كه نيروي مورد نياز فضاپيماهاي خود را با تاباندن پرتوهاي ليزر به آنها تامين كنيم. و به همين ترتيب، كارهاي نظري زيادي بر روي احتمال تاباندن نيرو به زمين از فضاپيماهايي كه انرژي خورشيدي را جذب مي*كنند، انجام شد.
با اين وجود، انتقال نيروي بي*سيم زمين به زمين در فاصله طولاني، نياز به زيرساخت*هاي گران قيمتي دارد، و با نگراني*ها در مورد امنيت انتقال نيرو از طريق امواج مايكروويو پرتوان، خيلي از اين ايده استقبال نشد.
http://khabaronline.ir/images/2010/2/electricity2.jpg
دردسري به نام كابل برق
به رغم اينكه ما در آينده نزديك شاهد يك شبكه نيروي بي*سيم نخواهيم بود، ايده تاباندن انرژي در يك مقياس كوچك*تر به سرعت در حال گسترش است. اين تا حد زيادي به اين دليل است كه با وجود ارتباطات بي*سيم، مانند واي*فاي و بلوتوث، و مدارهاي الكتريكي كه هر روز كوچك*تر مي*شوند، اكنون كابل*هاي برق تنها مانع بر سر راه اين هستند كه كاملا قابل حمل شوند.
با اين محرك جديد، مهندسين و شركت*هاي نواور به استقبال اين چالش رفتند و به رغم اينكه تاباندن انرژي هنوز در مرحله طفوليت قرار دارد، به نظر مي*رسد كه سه حالت براي آينده آن متصور باشد. استفاده از امواج راديويي براي انتقال الكتريسيته شايد مشخص*ترين راه حل باشد، چرا كه در اصل از همان نوع از فرستنده*اي و گيرنده*اي استفاده مي*كنيد كه در مخابرات واي*فاي از آن استفاده مي*شود. شركت پاوركست كه در پيتزبورگ پنسيلوانيا مستقر است، به تازگي از اين فناوري براي انتقال نيرويي در حد ميكرووات و يا ميلي*وات در فواصل بيش از 15 متر براي حسگرهاي صنعتي استفاده كرده است. آنها اعتقاد دارند كه مي*توان يك روز از رويكرد مشابهي براي شارژ ابزارهاي كوچكي مانند كنترل از راه دور، ساعت*هاي زنگ*دار و يا حتي موبايل استفاده كرد.
يك احتمال دوم براي ابزارهاي پرمصرف*تر، تاباندن يك پرتو ليزر فروسرخ تنظيم شده به يك سلول فتوولتائيك است كه پرتو را به انرژي الكتريكي بازتبديل مي*كند. اين رويكردي است كه شركت PowerBeam واقع در سن*خوزه كاليفرنيا انتخاب كرده است، ولي تا كنون بازدهي آن تنها بين 15 و 30 درصد بوده است. درست است كه مي*توان از اين روش براي تامين نيروي دستگاه*هاي پرمصرف*تر استفاده كرد، ولي در عمل تلفات زيادي دارد.
اين فناوري براي تامين نيروي لامپ*هاي بي*سيم، بلندگوها و ابزارهاي الكترونيك با مصرف برق كمتر از 10 وات به كار رفته است. در طول زمان و با ارتقاي فناوري ليزر و سلول*هاي فتوولتائيك، شركت اميدوار است كه بازدهي بالاتر از 50 درصد هم امكان پذير شود. گراهام مي*گويد: «هيچ دليلي وجود ندارد كه ما نتوانيم در نهايت يك لپتاپ را به اين ترتيب شارژ كنيم». بر خلاف برخي از فناوري*هاي امكان پذير ديگر، يك ليزر متمركز انرژي كمي را در فواصل طولاني از دست مي*دهد، و بازدهي خود را از دست نمي*دهد: «صد متر فاصله طواني محسوب نمي*شود».
پرتوهاي دردسرساز
ديگران نسبت به عملي بودن اين روش براي ابزارهاي واقعا قابل حمل خوشبين نيستند، ابزاري كه دائما در و بين اتاق*ها در حركت هستند. منو ترفرز، رئيس كنسرسيوم نيروي بي*سيم در هلند مي*گويد: «يك پرتو فروسرخ نمي*تواند براي شارژ يك گوشي موبايل مناسب باشد، چرا كه جاي مشخصي ندارد». راه حل پاوربيم قرار دادن يك لامپ كوچك فلوئورسنت در دستگاه گيرنده است تا دوربيني كه در فرستنده كار گذاشته شده است، بتواند آن را رهگيري كند و امواج ليزر را به همان سو بفرستد. مشكل ديگر اين است كه براي هر دستگاهي كه مي*خواهيد شارژ كنيد بايد يك پرتو مجزا فرستاده شود، مسئله*اي كه به گفته آريستيديس كاراليس از ام*آ*ي*تي براي مهندسين دردسرساز خواهد بود، وي در حال حاضر مشغول كار بر روي يك سيستم جايگزين انتقال بي*سيم نيروي برق است.
سومين احتمال نيز القاي مغناطيسي است، كه جذاب*ترين انتخاب براي كاربرد*هاي بزرگ محلي است. يك ميدان مغناطيسي متناوب كه از يك كويل ناشي مي*شودكه مي*تواند در كويل ديگري كه در نزديكي آن باشد، جريان الكتريكي را القا كند، اين همن روشي است كه خيلي از ابزارها مانند مسواك*هاي برقي و حتي برخي از موبايل*ها باطري*هاي خود را شارژ مي*كنند. ولي مشكل اينجا است كه به رغم اينكه درست در مجاورت كويل، بازدهي دستگاه خيلي خوب است ولي وقتي كه حتي تنها چند ميليمتر فاصله وجود داشته باشد، اين بازدهي به صفر مي*رسد.
اين اصل شناخته شده*اي است كه در صورتي كه دو شيء در فركانس مشابهي رزونانس داشته باشند، انرژي مكانيكي منتقل شده، خيلي بيشتر مي*شود، وقتي كه يك خواننده اپرا با صداي خود يك ليوان را به لرزش در مي*آورد از همين اصل استفاده مي*كند. كاراليس و همكارانش مي*خواستند تا ببينند كه آيا مي*توان به همين ترتيب بازدهي ميدان مغناطيسي را در فواصل طولاني*تر بالا برد يا نه.
گروه از يك كويل القايي متصل به يك خازن استفاده كردند. انرژي در مدار به سرعت بين يك ميدان الكتريكي در خازن و يك ميدان مغناطيسي در كويل نوسان مي*كند. فركانس اين لرزش توسط توانايي خازن براي ذخيره بار و قابليت كويل براي توليد يك ميدان مغناطيسي كنترل مي*شود. اگر فركانس در مدار فرستنده انرژي با گيرنده متفاوت باشد، رزونانس اتفاق نمي*افتذ. نتيجه اين خواهد بود كه انرژي ارسالي از سوي فرستنده هم فاز با انرژي كه در گيرنده وجود دارد نخواهد بود و در نتيجه آن، اين دو همديگر را خنثي مي*كنند. ولي گروه به اين نكته توجه داشت كه اگر فرستنده و گيرنده رزونانت باشند، ميدان*ها در دو كويل با هم سنكرون خواهند بود، كه به اين معني است كه تداخل آنها سازنده است و مقدار انرژي منتقل شده افزايش مي*يابد.
آنها نظريه خود را در سال 2007 با موفقيت آزمايش كردند، نتيجه: انتقال 60 وات در فاصله 2 متر، با بازدهي 50 درصد. گروه از آن زمان و برا پيشبرد اين نظريه، يك شركت تاسيس كرده كه WiTricity نام دارد. سال ذشته، شركت از دو كويل مربعي به عرض 30 سانتيمتر استفاده كرد، يكي در فرستنده و ديگري در گيرنده، تا يك تلويزيون 50 واتي را با بازدهي 70 درصدي، در فاصله نيم متري از منبع نيرو تغذيه كند. كاراليس مي*گويد: «در برخي موارد، افزايش بازدهي در اثر رزونانس مي*تواند بيش از صد هزار بار بيش از حالت بدون رزونانس باشد». بر خلاف انتقال انرژي ليزري كه نياز به ديد مستقيم داشت، ميدان مغناطيسي روي گيرنده متمركز نمي*شود و مي*تواند از موانع بين فرستنده و گيرنده هم عبور كند.
شركت*هاي بزرگ الكترونيكي نيز به سرمايه گذاري روي «انتقال رزونانسي» علاقه نشان داده*اند. براي مثال، سوني يك تلويزيون بي*سيم را به نمايش گذاشته و اينتل نيز در حال سرمايه گذاري بر روي اين فناوري براي دسته*اي از ابزارها است. اميلي كوپر، از محققين آزمايشگاه اينتل در سياتل مي*گويد: «بازدهي انتقال نيرو كاملا مستقل از ميزان توان است، در نتيجه مي*توان براي لپتاپ*ها، دستگاه*هاي الكترونيكي براي مصرف*كنندگان مانند تلويزيون*ها، و ابزارهاي كوچك*تر قابل حملي مانند موبايل*ها هم مي*توان از همين روش استفاده كرد». به عبارت ديگر، بازدهي انرژي براي تغذيه يك تلويزيون پلاسماي بزرگ و يك پي*دي*اي كوچك با استفاده از رزونانس به يك اندازه خواهد بود.
با چنين ارائه*هاي نويدبخشي، به نظر محتمل مي*آيد كه انتقال نيرو بدون سيم، در آينده نقش مهمي در منازل ما بازي كند. در حال حاضر، يك استاندارد تكنيكي، كه Qi نام دارد، براي تكنيك القاي مغناطيسي غير رزونانسي وجود دارد، و صفحات سازگار با آن نيز به زودي در دسترس خواهند بود. براي ديگر روش*ها هنوز زود است، ولي استانداردهاي مشابهي نيز براي آنها ارائه خواهند شد.
مضرات براي انسان
ولي اين فناوري با موانعي نيز روبرو خواهد شد. به يك دليل، شما نگراني در مورد انتقال پرتوهاي نسبتا پرتوان انرژي از اتمسفر را ناديده گرفته*ايد. براي مثال، انتقال ليزري را در نظر بگيريد: كاراليس مي*گويد كه «انرژي بالايي كه در پرتوهاي اريك ليزر متراكم شده مي*تواند صدمات جدي به سلامتي افراد وارد كند». ولي در محصولات پاوربيم اين امر خطرناك نخواهد بود. اگر دوربين كوچك روي فرستنده نتواند لامپ كوچك روي گيرنده را ببيند، در عرض چند هزارم ثانيه ليزر را خاموش مي*كند. و جهت افزايش ايمني هم، اگر گيرنده يك قطعي ناخواسته در دريافت ليزر را حس كند، پيامي از طريق راديو براي فرستنده ارسال مي*كند.
ولي قرار گرفتن در معرض امواج راديويي و ميدان*هاي مغناطيسي متناوب نيز خطرات بالقوه خود را دارد. اگر آنها گرما را به سلول*هاي ما ارسال كنند، مي*توانند در يك بازه زماني طولاني به بافت*ها آسيب وارد كنند. ولي با توجه به اين كه ميزان امواجي كه محصولات شركت*هايي مانند ويتريسيتي ما را در معرض آن قرار مي*دهند كمتر از حد مجاز استانداردها است، نبايد خطر خاصي ما را تهديد كند.
ولي اين ترس وجود دارد كه ميدان*هاي الكترومغناطيسي بافت*ها را از طريق يك مكانيزم ديگر غير گرمايي تخريب كنند، مانند نگراني كه در مورد گوشي*هاي موبايل وجود دارد. وقتي كه هيچ تحقيق گسترده در دسترسي براي آزمودن در معرض قرار گرفتن در طولاني مدت وجود ندارد، آنها مجبور بودند كه به تحقيقات آزمايشگاهي اتكا كنند، كه آنها هم هيچ تاثير آشكار يا تكرار پذيري را پيدا نكرده*اند. و اين يعني اين كه اين قضيه مضر بودن يا نبودن امواج مايكروويو كماكان لاينحل باقي خواهد ماند.
ولي شايد نگراني بيشتر مربوط به مسائل زيست محيطي باشد. در حالي كه زمين هر روز گرم*تر مي*شود، خيلي از مردم به دنبال راهي براي افزايش بهره*وري و ذخيره انرژي مي*گردند، تا به اين ترتيب انتشار گازهاي گلخانه*اي از نيروگاه*ها كاهش يابد. براي برخي از افراد، انتقال بي*سيم نيروي برق با توجه به تلفاتش، به معني يك گام رو به عقب خواهد بود.
شايد وقتي به تك تك ابزارها نگاه مي*كنيم، ميزان اتلاف انرژي زياد به نظر نرسد، ولي اگر كل خانه از يك سيستم بي*سيم استفاده كند و اين امر در تعداد زيادي از منازل اتفاق بيفتد، داستان ديگري خواهد بود. پرسش اين است كه چرا بايد به جاي كاهش تلفات مصرف برق، رو به يك سيستم بي*سيم انتقال انرژي بياوريم، فقط به اين دليل كه زيباتر خواهد بود؟
