Hvordan metamaterialer vil booste trådløs strømtransmission

Strømkabler er den moderne eksistens bane. Hvis du ejer en stationær pc, en telefon og måske en medieafspiller, har du sandsynligvis mindst én stikkontakt, der ligner spaghetti-kryds.

Derfor er der en stigende interesse for trådløs strømtransmission. RFID-chips er blevet allestedsnærværende i den vestlige verden takket være evnen til at forsyne dem med små mængder strøm trådløst.

Men der har været mange meget mere ambitiøse forsøg på at udtænke mere kraftfulde måder at overføre kraft på. Japanerne har en langvarig interesse i at sende strøm til jorden fra solpaneler i rummet. Med deres egne begrænsede naturressourcer ser de dette som en måde at sikre deres energiforsyning på.

En af begrænsningerne ved fly er mængden af ​​brændstof, de kan bære, så der har været forskellige forsøg på at sende strøm til dem ved hjælp af mikrobølger og lasere. Nogle forskere har endda set på muligheden for at opsende og drive et rumfartøj på spidsen af ​​en kraftig laserstråle.

Tættere på hjemmet har ideen om trådløs genopladning af bærbare enheder såsom smartphones, bærbare computere og medieafspillere en åbenlys appel. Og de seneste år er forskellige trådløse opladningsenheder kommet på markedet. Forskere har endda demonstreret muligheden for at sende strøm hen over et rum til disse maskiner.

Der er mange problemer med alle disse ideer. Mikrobølge- og laserstråler kan bære betydelig kraft, men de har også en tendens til at stege alt, der kommer i vejen.

Induktive opladere er sikrere, fordi de er afhængige af en resonanseffekt mellem to tætsiddende spoler. Men de er ikke specielt effektive på de bedste tidspunkter, og hvilken effektivitet de har, falder fra en klippe, efterhånden som afstanden mellem spolerne øges. I matematiske termer, hvis afstanden mellem spolerne er d, er effektiviteten af ​​kraftoverførsel omvendt proportional med d^6. Grim!

I dag siger Yaroslav Urzhumov og David Smith ved Duke University i North Carolina, at der er en måde at forbedre dette dramatisk ved at bruge metamaterialer, de mærkelige kunstige ting, som forskere kan bruge til at bøje elektromagnetiske bølger til deres vilje.

En af de første opdagelser om metamaterialer for omkring ti år siden var, at de kan bruges til at skabe en perfekt linse, det vil sige en linse, der er i stand til at fokusere og elektromagnetisk stråle med subbølgelængdeopløsning. En anden måde at sige dette på er, at linsen fungerer, når den er tættere på end en enkelt bølgelængde af kilden.

Den nye idé er forholdsvis enkel. Urzhumov og Smith foreslår blot at placere en superlinse mellem de to spoler i en induktiv oplader. Og det er det.

Det arbejde, de udgiver i dag, er en detaljeret teoretisk redegørelse for de forbedringer, som et sådant system ville frembringe. De siger, at en sådan linse ville tage form af en tynd, flad plade af metamateriale, og at den ville øge effektiviteten fra at være omvendt proportional med d^6 til omvendt proportional med d^3.

Rent praktisk udmønter det sig i en stor effektivitetsforøgelse. Effektoverførselseffektiviteten med pladen kan være en størrelsesorden større end frirumseffektiviteten, siger de.

Det er en stor ting i en disciplin, hvor ingeniører kæmper for at øge effektiviteten med nogle få procent.

Så hvornår kunne vi forvente at se sådan en enhed? Urzhumov og Smith siger ikke, men det er muligt at komme med et kvalificeret gæt.

Smith er en af ​​de bedste bananer i metamaterialernes verden – han byggede og demonstrerede den første usynlighedskappe tilbage i 2006. Faktisk afslørede han enheden blot et par måneder efter, at ideen om at bruge metamaterialer til at lave usynlighedskapper først blev fremsat. Det er klart, at han havde arbejdet på det i nogen tid, før teoriopgaven blev offentliggjort

Det giver mening at holde en interessant ny idé skjult, indtil du har fundet ud af, hvordan du bygger den (og beskyttet IP).

Så at dømme efter hans tidligere form, er mit gæt, at Smith har en fungerende version af sin trådløse strømtransmissionsenhed nu, og at han vil demonstrere det offentligt i de kommende måneder.

Ref: arxiv.org/abs/1102.2281 : Metamateriale-forbedret kobling mellem magnetiske dipoler for effektiv trådløs strømoverførsel

skjule