Tehonsiirtoa valon kautta?

Langatonta tehonsiirtoa radioaaltojen tai mikroaaltojen avulla on tutkittu jo vuosia, ja sitä käytetään jo tutuissa sovelluksissa, kuten IC-korteissa.

Riittävän tehon siirtäminen vähänkään kauperinteisillä tavoilla vaatii kuitenkin suuria antenneja, ja suuri osa energiasta hukkuu matkan varrella.

Perinteinen RF-tehonsiirto ei etäälle yllä mutta Aalto-yliopistossa on tutkittu etäämmälle yltävää tekniikkaa.

Mutta erityisesti optinen langaton tehonsiirto, jossa energiaa toimitetaan valolla, on herättänyt kasvavaa kiinnostusta.

Laserpohjaiset järjestelmät voivat siirtää tehoa pitkiä matkoja, mutta ihmisen silmien ja ihon turvallisuuden varmistaminen on edelleen suuri haaste.

Turvallisuuden näkökulmasta LED-valaistusta – jota käytetään jo laajalti jokapäiväisessä elämässämme – voidaan käyttää turvallisesti tiloissa, joissa ihmiset ovat läsnä.

Tässä tutkimuksessa näkymätöntä valoa, kuten lähi-infrapunasäteilyä, käytetään tehonsiirtoon, mikä vähentää häikäisyyn ja turvallisuuteen liittyviä huolenaiheita. LEDeillä on kuitenkin haittapuoli: niiden valo leviää helposti, jolloin energia heikkenee nopeasti etäisyyden myötä.

Professori Tomoyuki Miyamoto ja hänen kollegansa Institute of Science Tokiossa (Science Tokyo) pyrkivät vastaamaan keskeiseen kysymykseen: Voiko turvallinen LED-valo toimittaa sähköä tehokkaasti pidempien matkojen päähän?

Tämän tutkimuksen keskeinen innovaatio on ”älykäs valon hallinta”. Tiimi kehitti järjestelmän, jossa käytetään muotoaan muuttavaa nestemäistä linssiä, joka säätää automaattisesti valon leviämistä vastaanottimen etäisyyden mukaan. Tämän seurauksena he onnistuivat keskittämään valoa tehokkaasti ja toimittamaan tehoa jopa viiden metrin etäisyyksille – suunnilleen tyypillisen huoneen pituuden verran.

Tutkijat ratkaisivat myös toisen merkittävän haasteen: tarkan tehonsyötön ylläpitämisen erilaisissa valaistusolosuhteissa. Yhdistämällä älypuhelimissa ja digitaalikameroissa yleisesti käytetyn RGB-kameran infrapunakameraan järjestelmä voi vaihtaa välittömästi tunnistustilojen välillä. Tämä mahdollistaa vastaanottimen sijainnin luotettavan seurannan jopa täydellisessä pimeydessä varmistaen, että valo suuntautuu jatkuvasti oikeaan paikkaan.

Tämä erittäin tarkka kuvankäsittelytekniikka estää virhekohdistuksen ja tehonsyötön keskeytykset, mikä on merkittävä edistysaskel aiempiin optisiin langattomiin tehojärjestelmiin verrattuna.

Jos tämä teknologia otetaan käyttöön käytännössä, se voisi tuoda meidät lähemmäksi IoT-yhteiskuntaa, joka on vapaa akkujen vaihdon ja monimutkaisen johdotuksen taakasta. Koska se on turvallinen ihmisille ja eläimille, sitä voidaan käyttää sisätiloissa, asuintiloissa ja muissa ympäristöissä, joissa turvallisuus on kriittistä. Vakaa virransyöttö olisi mahdollista myös yöllä tai paikoissa, joissa ei ole perinteistä valaistusta.

Tulevaisuudessa kattoon asennettavat LED-valot voivat toimia paitsi valaistuksen lähteinä myös virtalähteinä – muodostaen täysin uudenlaisen infrastruktuurin, joka tukee arkea.

Aiheesta aiemmin:

Langatonta energiansiirtoa etäämmälle

Säteilemätön sähkömagneettinen lähde

Anti-laser ideoi langatonta tehonsiirtoa