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Elettricità senza fili. Verso un nuovo mondo di elettricità wireless
Alla fine del diciannovesimo secolo, la scoperta che l'elettricità poteva essere utilizzata per rendere incandescente una lampadina provocò un'esplosione di ricerca volta a trovare il modo migliore per trasmettere l'elettricità.
A capo della gara c'era il famoso fisico e inventore Nikola Tesla, che sviluppò un progetto grandioso. Incapace di credere nella realtà della creazione di una colossale rete di fili che copre tutte le città, strade, edifici e stanze, Tesla giunse alla conclusione che l'unico metodo di trasmissione realizzabile è il wireless. Progettò una torre alta circa 57 metri, che avrebbe dovuto trasmettere energia per una distanza di molti chilometri, e iniziò persino a costruirla su Long Island. È stata effettuata una serie di esperimenti, ma la mancanza di denaro non ha permesso il completamento della torre. L'idea di trasmettere energia per via aerea è stata dispersa non appena si è scoperto che l'industria era in grado di sviluppare e implementare un'infrastruttura cablata.
E ora, qualche anno fa, il professore associato del Dipartimento di Fisica del Massachusetts Institute of Technology (MIT), Marin Soljačić, è stato svegliato da un dolce sogno dalle insistenti grida di un telefono cellulare. "Il telefono non si è fermato, chiedendo di impostarlo per la ricarica", afferma Soljacic. Stanco e non sta per alzarsi, ha iniziato a sognare che il telefono, essendo a casa, inizia a caricarsi da solo.
Soljacic iniziò la ricerca su come trasferire energia senza fili. Abbandonò progetti di trasmissione di energia a lungo raggio come il progetto Tesla e si concentrò su metodi di trasmissione di energia a corto raggio che avrebbero permesso di caricare o addirittura accendere dispositivi portatili - telefoni cellulari, palmari, laptop.
Inizialmente, ha considerato la possibilità di utilizzare onde radio che trasmettono informazioni in modo così efficiente a distanza, ma ha scoperto che in questo caso la maggior parte dell'energia sarebbe dissipata nello spazio. L'uso di un laser richiedeva che la fonte di energia e il dispositivo ricaricabile si trovassero nel campo visivo l'uno dell'altro senza ostacoli tra loro. Inoltre, questo metodo era irto di danni agli oggetti catturati nella linea di trasmissione. Pertanto, Soljacic iniziò a cercare un metodo di trasmissione che fosse sia efficace, cioè capace di trasmettere energia senza disperderla, sia sicuro.
Alla fine, ha optato per il fenomeno dell'accoppiamento risonante, quando due oggetti sintonizzati sulla stessa frequenza si scambiano intensamente energia tra loro, interagendo solo debolmente con altri oggetti. Un'illustrazione classica di questo effetto è l'esperienza con diversi bicchieri pieni di vino ciascuno a un livello diverso rispetto al resto. Di conseguenza, per ogni vetro esiste una frequenza unica di suono che provoca vibrazioni. Se il cantante prende nota della frequenza appropriata, uno degli occhiali può ricevere una tale dose di energia acustica che si sbriciolerà, mentre gli altri occhiali rimarranno intatti.
Soljacic ha capito che la risonanza magnetica è un modo promettente per trasferire l'elettricità. Il campo magnetico si diffonde liberamente nello spazio e, alle giuste frequenze, è innocuo per gli esseri viventi. Lavorando in collaborazione con i professori di fisica del MIT John Joannopoulos e Peter Fisher e tre studenti, ha sviluppato un dispositivo semplice che ha acceso una lampadina da 60 watt in modalità wireless.Il dispositivo consisteva in due bobine di rame accordate per risonanza sospese al soffitto a una distanza di circa due metri. Una bobina è stata collegata a una fonte CA e ha creato un campo magnetico. Una seconda bobina sintonizzata sulla stessa frequenza e collegata al bulbo, risuonando in un campo magnetico, ha generato una corrente che accende il bulbo. Il dispositivo ha funzionato anche quando è stata posizionata una parete sottile tra le bobine.
È interessante notare che l'installazione non richiede nemmeno una linea di mira diretta tra il ricevitore e il trasmettitore. Come esperimento, fogli di cartone e ferro furono posizionati tra loro, ma ciò non influì sulla fornitura di corrente.
Il più efficace dei dispositivi creati da questo momento è costituito da bobine di rame da 60 centimetri e un campo magnetico con una frequenza di 10 megahertz. Ti consente di trasmettere energia a una distanza di due metri con un'efficienza del 50 percento. Sono in corso ricerche con argento e altri materiali per ridurre le dimensioni delle bobine e aumentare l'efficienza. Soldacic spera di raggiungere un'efficienza di trasmissione del 70-80 percento.
I fisici del Massachusetts spiegano che il principio dell'installazione si basa sul meccanismo di risonanza, cioè un fenomeno che provoca vibrazioni in un oggetto quando viene esposto all'energia di una certa frequenza. Tuttavia, quando due oggetti hanno uguali indici di risonanza, possono scambiare energia e non influenzare in alcun modo gli oggetti circostanti.
In natura, ci sono molti esempi di risonanza. L'esempio più famoso di risonanza è quando diversi bicchieri di vetro identici vengono riempiti con diverse quantità di acqua, se ogni bicchiere viene battuto con un cucchiaio di metallo, allora ogni bicchiere emetterà un suono unico.
Invece della risonanza acustica, i fisici hanno usato la risonanza in frequenza delle onde elettromagnetiche in WiTricity. Nell'installazione, entrambe le bobine risuonano nella gamma di frequenza di 10 MHz e scambiano elettricità e più lunga è l'interazione tra gli elementi, più corrente arriva al ricevitore. Inoltre, minore è l'intervallo di risonanza, maggiore è l'intervallo di lunghezze d'onda risultanti e maggiore è la distanza tra il ricevitore e il trasmettitore.
Un altro fattore importante è che questa configurazione non reca danno alla salute umana, poiché opera a basse frequenze principalmente nello spettro magnetico.
"Per quanto ne sappiamo, gli organismi umani non reagiscono all'interazione magnetica. Se la tua frequenza fosse evidente, ad esempio 2 GHz, otterrai l'effetto di un forno a microonde e questo sarebbe stato un effetto completamente diverso", afferma uno degli sviluppatori dell'installazione, Marine Soladzic.
Sono attualmente allo studio numerosi altri modi per ricaricare le batterie in modalità wireless. Startup come Powercast, Fulton Innovation e WildCharge hanno iniziato a commercializzare adattatori che consentono la ricarica wireless di telefoni cellulari, lettori MP3 e altri dispositivi a casa o in auto. Ma l'approccio di Soljacic è diverso in quanto consente la ricarica automatica dei dispositivi non appena cadono nel campo di azione di un trasmettitore wireless.
Il lavoro del gruppo Soljacic ha attirato l'attenzione delle aziende produttrici di dispositivi elettronici, nonché l'industria automobilistica. La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, che sperava di ottenere la tecnologia di ricarica automatica wireless della batteria. Tuttavia, Soldjacic preferisce non diffondersi sulla possibile applicazione industriale della sua tecnologia.
Ci sono così tante potenziali applicazioni nel mondo alimentato a batteria di oggi in cui la nostra tecnologia può essere utilizzata ", dice." È un metodo molto potente ".
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