शोधकर्ताओं ने लंबी दूरी पर वायरलेस पावर ट्रांसफर का सफलतापूर्वक परीक्षण किया

मास्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी और आईटीएमओ यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं और वैज्ञानिकों ने लंबी दूरी पर वायरलेस पावर ट्रांसफर की दक्षता बढ़ाने का एक तरीका प्रस्तुत किया है।

एमआईपीटी और आईटीएमओ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की टीम ने संख्यात्मक सिमुलेशन और प्रयोगों के साथ इसका परीक्षण किया। इसे प्राप्त करने के लिए, उन्होंने दो एंटेना के बीच शक्ति का संचार किया। नतीजतन, उनमें से एक विशिष्ट आयाम और चरण के पीछे-प्रसार के संकेत से उत्साहित था।

"सुसंगत अवशोषक की धारणा को 2010 में वापस प्रकाशित एक पेपर में पेश किया गया था। लेखकों ने दिखाया कि लहर के हस्तक्षेप का उपयोग सामान्य रूप से प्रकाश और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अवशोषण को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है," एमआईपीटी डॉक्टरेट छात्र डेनिस बारिसोव याद करते हैं।

"हमने यह पता लगाने का फैसला किया कि क्या विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसार जैसी अन्य प्रक्रियाओं को उसी तरह से नियंत्रित किया जा सकता है। हमने वायरलेस पावर ट्रांसफर के लिए एंटीना के साथ काम करना चुना, क्योंकि इस प्रणाली से प्रौद्योगिकी को बेहद फायदा होगा।" "ठीक है, हम यह जानकर काफी हैरान थे कि चार्जिंग बैटरी से प्राप्त पावर के एक हिस्से को वापस प्राप्त एंटीना तक पहुंचाकर वास्तव में पावर ट्रांसफर बढ़ाया जा सकता है।"

वायरलेस पावर ट्रांसफर मूल रूप से 19 ^वीं शताब्दी में निकोला टेस्ला द्वारा प्रस्तावित किया गया था । उन्होंने विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग किया, जैसा कि हम जानते हैं कि फैराडे का नियम कहता है कि यदि दूसरे कुंडल को पहले कुंडल के चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो यह दूसरे कुंडल में एक विद्युत प्रवाह को प्रेरित करता है, जिसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है।

चित्रा। 1. दो इंडक्शन कॉइल्स के आसपास के चुंबकीय क्षेत्र की डैश लाइनें इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन के सिद्धांत को दर्शाती हैं

आजकल, अगर हम वायरलेस ट्रांसफर की सीमा के बारे में बात करते हैं, तो चार्जर के शीर्ष पर बिल्कुल इसका मतलब है। समस्या चार्जर में कॉइल द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के साथ है, इससे दूरी के विपरीत आनुपातिक है। इस वजह से, वायरलेस ट्रांसफर केवल 3-5 सेंटीमीटर से कम की दूरी पर काम करता है। इसके समाधान के रूप में, कुंडल या उसमें से किसी एक का आकार बढ़ाना, लेकिन इसका अर्थ है एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के लिए जो संभवतः डिवाइस के आसपास के मनुष्यों के लिए हानिकारक है। साथ ही, कुछ ऐसे देश भी हैं जिनकी विकिरण शक्ति पर कानूनी सीमाएँ हैं। रूस की तरह, सेल टॉवर के चारों ओर विकिरण का घनत्व प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रति 10 माइक्रोवाट से अधिक नहीं होना चाहिए।

एयर माध्यम से पावर ट्रांसमिशन

दूर-ऊर्जा ऊर्जा हस्तांतरण, पावर बीमिंग और दो एंटेना जैसे विभिन्न तरीकों से वायरलेस पावर ट्रांसफर संभव है, जिनमें से एक विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में ऊर्जा भेजता है जो आगे विकिरण को विद्युत धाराओं में परिवर्तित करता है। संचारण एंटीना में बहुत सुधार नहीं किया जा सकता है, क्योंकि यह मूल रूप से सिर्फ तरंगें उत्पन्न करता है। प्राप्त एंटीना में सुधार के लिए बहुत अधिक क्षेत्र हैं। यह सभी विकिरण को अवशोषित नहीं करता है, लेकिन इसके कुछ हिस्से को विकिरणित करता है। आम तौर पर, एंटीना की प्रतिक्रिया दो प्रमुख मापदंडों द्वारा निर्धारित की जाती है: क्षय समय τF और intow क्रमशः मुक्त अंतरिक्ष विकिरण और विद्युत सर्किट में। इन दो मूल्यों के बीच का अनुपात परिभाषित करता है कि एक घटना तरंग द्वारा ऊर्जा का कितना भाग होता है, प्राप्त एंटीना द्वारा "निकाला जाता है"।

चित्रा 2. प्राप्त एंटीना। एसएफ घटना विकिरण को दर्शाता है, जबकि sw− वह ऊर्जा है जो अंततः विद्युत सर्किट में जाती है और sw + सहायक संकेत है। क्रेडिट: एलेक्स क्रास्नोक एट अल। / फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स

हालांकि, रिसीवर ऐन्टेना और चरण में एक सहायक सिग्नल को वापस भेजता है और सिग्नल का आयाम घटना की लहर से मेल खाता है, ये दोनों हस्तक्षेप करेंगे, संभवतः निकाले गए ऊर्जा के अनुपात को बदल देंगे। इस विन्यास की चर्चा उस पत्र में की गई है जिसने इस कहानी में सूचना दी थी, जिसे एक MIPT ने डेनिस बारानोव के शोधकर्ताओं की टीम द्वारा लिखा गया था और इसका नेतृत्व एंड्रिया अलु ने किया था।

तरंगों को बढ़ाने के लिए हस्तक्षेप का शोषण

एक प्रयोग में अपने प्रस्तावित पावर ट्रांसमिशन कॉन्फ़िगरेशन को लागू करने से पहले, भौतिकविदों ने सैद्धांतिक रूप से अनुमान लगाया कि एक नियमित निष्क्रिय ऐन्टेना पर क्या सुधार हो सकता है। यह पता चला कि यदि संयुग्मित मिलान स्थिति पहले स्थान पर मिलती है, तो कोई सुधार नहीं होता है: एंटीना शुरू करने के लिए पूरी तरह से तैयार है। हालांकि, एक अलग एंटीना के लिए जिसका क्षय समय काफी भिन्न होता है - अर्थात, जब severalF orw से कई गुना बड़ा होता है, या दूसरे तरीके से गोल होता है - सहायक संकेत पर ध्यान देने योग्य प्रभाव होता है। इसके चरण और आयाम के आधार पर, निष्क्रिय मोड में एक ही चक्करदार एंटीना के साथ अवशोषित ऊर्जा का अनुपात कई गुना अधिक हो सकता है। वास्तव में, अवशोषित ऊर्जा की मात्रा एक ट्यून किए गए एंटीना के रूप में उच्च हो सकती है (चित्र 3 देखें)।

चित्रा 3. (ए) में ग्राफ दिखाता है कि प्राप्त और खपत शक्ति के बीच का अंतर, ऊर्जा संतुलन के रूप में जाना जाता है, auxiliaryF से 10 गुना अधिक 10w के साथ एक अलग एंटीना के लिए सहायक संकेत शक्ति पर निर्भर करता है। नारंगी छायांकित क्षेत्र घटना की लहर और संकेत के बीच संभावित चरण बदलावों की सीमा को कवर करता है। धराशायी लाइन एक एंटीना के लिए उसी निर्भरता का प्रतिनिधित्व करती है जिसका τF और arew पैरामीटर समान हैं - अर्थात, एक ट्यून किया हुआ एंटीना। ग्राफ (बी) वृद्धि कारक को दर्शाता है - अधिकतम ऊर्जा संतुलन maximum और निष्क्रिय निष्क्रिय एंटीना की ऊर्जा संतुलन के बीच का अनुपात - एंटीना क्षय बार τF /.w के बीच अनुपात के एक समारोह के रूप में। क्रेडिट: एलेक्स क्रास्नोक एट अल। / फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स

अपने सैद्धांतिक गणना की पुष्टि करने के लिए, शोधकर्ताओं ने संख्यात्मक रूप से एक शक्ति स्रोत से जुड़े 5 सेंटीमीटर लंबे द्विध्रुवीय ऐन्टेना का मॉडल तैयार किया और इसे 1.36-गीगाहर्ट्ज़ तरंगों के साथ विकिरणित किया। इस सेटअप के लिए, सिग्नल चरण और आयाम (आंकड़ा 4) पर ऊर्जा संतुलन की निर्भरता आम तौर पर सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के साथ मेल खाती थी। दिलचस्प है, सिग्नल और घटना की लहर के बीच एक शून्य चरण बदलाव के लिए संतुलन को अधिकतम किया गया था। शोधकर्ताओं द्वारा दी गई व्याख्या यह है: सहायक संकेत के पूर्व निर्धारित में, एंटीना का प्रभावी एपर्चर बढ़ाया जाता है, इसलिए यह केबल में अधिक प्रसार ऊर्जा एकत्र करता है। एपर्चर में यह वृद्धि एंटीना के चारों ओर पॉयंटिंग वेक्टर से स्पष्ट होती है, जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण ऊर्जा हस्तांतरण की दिशा को इंगित करता है (चित्र 5 देखें)।

चित्रा 4. घटना की लहर और सिग्नल (आंकड़ा 3 ए की तुलना) के बीच विभिन्न चरण में बदलाव के लिए संख्यात्मक गणना के परिणाम। क्रेडिट: एलेक्स क्रास्नोक एट अल। / फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स

चित्रा 5. एक शून्य चरण शिफ्ट (बाएं) और 180 डिग्री (दाएं) की एक चरण पारी के लिए एंटीना के आसपास पोयंटिंग वेक्टर वितरण। क्रेडिट: एलेक्स क्रास्नोक एट अल। / फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स

संख्यात्मक सिमुलेशन के अलावा, टीम ने दो समाक्षीय एडेप्टर के साथ एक प्रयोग किया, जो माइक्रोवेव एंटेना के रूप में कार्य करता था और 10 सेंटीमीटर अलग रखा गया था। एडाप्टरों में से एक ने 1 मिलीवाट के आसपास शक्तियों के साथ तरंगों को विकिरणित किया, और दूसरे ने उन्हें एक समाक्षीय केबल के माध्यम से ऊर्जा को सर्किट में प्रसारित करने का प्रयास किया। जब आवृत्ति को 8 गीगाहर्ट्ज़ पर सेट किया गया था, तो एडेप्टर ट्यून एंटेना के रूप में संचालित होते थे, व्यावहारिक रूप से बिना किसी नुकसान के साथ शक्ति स्थानांतरित करते हैं (आंकड़ा 6 ए)। कम आवृत्तियों पर, हालांकि, परावर्तित विकिरण के आयाम में तेजी से वृद्धि हुई, और एडाप्टरों ने डेटन एंटेना (आंकड़ा 6 बी) की तरह अधिक कार्य किया। बाद के मामले में, शोधकर्ताओं ने सहायक संकेतों की मदद से प्रेषित ऊर्जा की मात्रा को लगभग दस गुना बढ़ाने में कामयाब रहे।

चित्रा 6. प्रायोगिक रूप से मापी गई ऊर्जा संतुलन निर्भरता पर चरण शिफ्ट और सिग्नल पावर के लिए एक ट्यून्ड (ए) और डिटॉन्ड (बी) एंटीना। क्रेडिट: एलेक्स क्रास्नोक एट अल। / फ़िज़िकल रिव्यू लेटर्स

नवंबर में, डेनिस बारानोव सहित शोधकर्ताओं की एक टीम ने सैद्धांतिक रूप से प्रदर्शित किया कि एक पारदर्शी सामग्री को अधिकांश घटना प्रकाश को अवशोषित करने के लिए बनाया जा सकता है, अगर प्रकाश की आने वाली पल्स में सही पैरामीटर हैं (विशेष रूप से, आयाम को तेजी से बढ़ना है)। 2016 में वापस, MIPT, ITMO विश्वविद्यालय, और ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय के भौतिकविदों ने नैनो-एंटेना विकसित किए, जो इसकी तीव्रता के आधार पर अलग-अलग दिशाओं में प्रकाश बिखेरते हैं। इनका उपयोग अल्ट्राफास्ट डेटा ट्रांसमिशन और प्रोसेसिंग चैनल बनाने के लिए किया जा सकता है।

न्यूज़ सोर्स: MIPT