Prąd popłynie bez kabla?

Koniec z koszmarem ładowarek i plątaniny kabli. Baterie w komórce lub laptopie naładujemy bez podłączania ich do gniazdka z prądem. Jeśli tylko zostanie zrealizowany pomysł 32-letniego fizyka z amerykańskiego MIT
Marina Soljacicia o trzeciej nad ranem obudziła komórka, która przenikliwym tonem przypominała, że trzeba ją naładować. Po raz kolejny w środku nocy. W na wpół rozbudzonej głowie młodego profesora fizyki w MIT w Cambridge zakiełkowała wtedy myśl, by coś z tym zrobić. Wymyślić jakieś panaceum na wszelkie elektroniczne gadżety na baterie, które gasną w najmniej spodziewanym momencie. Najlepiej, żeby same się ładowały, kiedy potrzeba, bez podłączania do gniazdka z prądem. Bezprzewodowe przesyłanie energii na odległość? Dlaczego nie - pomyślał fizyk. - To się da zrobić.

Swój pomysł po raz pierwszy przedstawił jeszcze przed rokiem na konkursie młodych naukowców w Berkeley, gdzie zdobył jedną z głównych nagród (w jury zasiadali laureaci Nobla). Zachęcony sukcesem, dopracował projekt wraz z dwoma kolegami i zreferował raz jeszcze na forum Amerykańskiego Instytutu Fizyki w San Francisco w połowie listopada. Dopiero to wystąpienie wywołało burzę i entuzjastyczne komentarze w mediach. Urodzonego w Chorwacji Soljacicia porównywano nawet do genialnych wynalazców epoki elektryczności - Thomasa Edisona czy Nikoli Tesli.

W ślady wielkiego Tesli

To porównanie ma podstawy. Nikola Tesla, twórca m.in. prądnicy prądu zmiennego i transformatora, na przełomie XIX i XX wieku mocno wierzył, że znajdzie też sposób na bezpośrednie przesyłanie energii elektrycznej (np. przez atmosferę lub po powierzchni ziemi) do dowolnego punktu globu. Film "Prestiż", który w styczniu ma wejść na ekrany naszych kin, sugeruje nawet, że udało mu się tego dokonać. Tesla przeprowadza tam eksperyment, w którym zapalają się setki żarówek wsadzonych w ziemię, choć nie łączy ich żaden przewód z oddalonym o 25 mil generatorem prądu. Epizod oparty jest ponoć na relacjach świadków, ale o dokonaniach tego ekscentrycznego wynalazcy krąży już tyle legend i mitów, iż trudno dziś wyrokować, co jest prawdą, a co nie.

W cienie kable oplątani

Jednak to linie wysokiego napięcia oplotły cały świat i mimo wielu wad tego rozwiązania nikt nie wyobraża sobie innego sposobu przesyłania energii. Telewizja, radio, internet czy rozmowy telefoniczne docierają do nas bez drutów, ale prąd bez nich obyć się wciąż nie może. Owszem, teoretycznie energię można byłoby również przesyłać w ten sam sposób - tj. za pomocą fal elektromagnetycznych - ale byłoby to bardzo mało efektywne. Fale rozchodzą się we wszystkich kierunkach, a tylko nikła ich część dochodzi do odbiornika. Reszta jest tracona.

Można ukierunkować rozchodzenie się fal, a więc skupić energię w wąskiej wiązce, ale wtedy gubi się cała wygoda takiego bezprzewodowego przesyłania. Odbiornik musi być ustawiony dokładnie na drodze wiązki fal, a między nim i anteną nie może być żadnych przeszkód. Taka technologia była rozważana dotąd tylko do hipotetycznego przesyłania energii z orbitalnych elektrowni słonecznych na Ziemię, ale nie do codziennych zastosowań.

Rezonans na pomoc

Metoda Soljacicia nie ma więc nic wspólnego z antenami, które wypromieniowują energię. Cała sztuka polega wręcz na tym, by tego uniknąć. Wymyślony przez niego nadajnik wytwarza pole magnetyczne, lecz nie wysyła prawie żadnych fal w eter. Jego energia jest uwalniana tylko wtedy, kiedy w zasięgu pola znajdzie się odpowiedni odbiornik. Jak to się dzieje? Na zasadzie rezonansu. W taki sam sposób, w jaki pudło gitary "odbiera" energię drgającej struny jeśli częstości drgań odpowiednio się dostroją. Podobnie można rozbujać huśtawkę - tj. przekazać jej energię, kiedy popychamy ją w określonym rytmie (tzn. z częstością rezonansową). Kiedy Soljacić objaśniał to w San Francisco, zdjął but i sugestywnie kołysał nim za sznurówki. Jednym słowem, energia przepłynie tylko do takiego odbiornika, który wpadnie w rezonans z nadajnikiem.

- Komputerowe symulacje, tak bliskie rzeczywistości, jak to tylko było możliwe, pokazują, że energia będzie przekazywana ze sprawnością sięgającą 50-60 proc., a więc wystarczającą do praktycznych zastosowań - mówi Soljacić. Ale oczywiście ostatecznym dowodem będzie eksperyment. W swojej pracy zamieszczonej w internecie (i wysłanej do publikacji w "Nature Physics") fizycy podają dokładny przepis, jak skonstruować takie urządzenie. Prototyp powinien być gotowy w ciągu najbliższych miesięcy.

Zasięg nadajnika nie jest imponujący - ledwie kilka metrów (natężenie pola spada tak szybko jak tren u sukni panny młodej). Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, by instalować kilka obok siebie, tak by objęły całe pomieszczenie. Prześlą energię wszystkim urządzeniom, które się tam znajdą, i będą zaopatrzone w odpowiednio rezonujący odbiornik. - Innym układom elektronicznym nic złego nie grozi. Nie pochłoną energii. Pole nadajnika jest nie mocniejsze od ziemskiego pola magnetycznego, które rusza igłą kompasu, a więc również całkiem nieszkodliwe dla ludzi - dodaje fizyk.

Można sobie wyobrazić, że w przyszłości takie nadajniki energii zostaną zainstalowane pod nawierzchnią szos i będą zasilać auta z napędem elektrycznym albo roboty w fabrykach. - To niezwykle oryginalna i podniecająca idea - komentuje izraelski fizyk Mordechai Segev z Politechniki w Hajfie. - Może zrewolucjonizować technologię. Sprawić, że urządzenia na baterie staną się lżejsze i jeszcze mniejsze.

Dlaczego nikt wcześniej na to nie wpadł? - Bo nie było takiej potrzeby - twierdzi Soljacić. - Jeszcze siedem lat temu nie miałem laptopa, komórki ani iPoda. Właściwie jedynym urządzeniem na baterie, którego używałem, była latarka. Teraz przyzwyczailiśmy się używać przenośnych urządzeń, korzystać z bezprzewodowych telefonów czy internetu. Jestem pewien, że gdyby nie ja, to wkrótce ktoś inny wymyśliłby bezprzewodowe zasilanie - mówi fizyk.

Czy branża elektroniczna zainteresowała się wynalazkiem? - O tak, wprost bombardują mnie e-mailami. Kiedy tylko zainteresowanie mediów przycichnie, zaczniemy z nimi rozmawiać - powiedział "Gazecie" Soljacić.

Szczegóły: http://arxiv.org/abs/physics/0611063