WiTricity – công nghệ truyền điện không dây

Thử hình dung điện thoại trong túi bạn tự động được sạc điện khi bạn bước vào nhà! Điều đó hoàn toàn có thể trở thành hiện thực nhờ công nghệ WiTricity – một trong những sáng chế quan trọng của năm 2014 (tạp chí TIME, 20/11/2014).

Tiếng “bíp” của điện thoại báo hiệu pin yếu từng làm giáo sư vật lýMarin Soljačić(đọc là Soul-ya-cheech) thức giấc trong đêm. Đến lần thứ sáu nghe tiếng “bíp” của điện thoại trong đêm, Soljačić tự hỏi: “Điện được truyền khắp nhà, khắp nơi, nhưng chiếc điện thoại cứ than phiền không có điện. Giá như chiếc điện thoại tự động nạp điện từ lưới điện?”. Soljačić bắt đầu suy nghĩ về hiện tượng vật lý nào đó cho phép truyền năng lượng điện không qua dây dẫn giống như nhà phát minh lỗi lạcNikola Tesla từng nghĩ đến khoảng một trăm năm trước. Soljačić trình bày ý tưởng nghiên cứu mới với nhóm nghiên cứu của mình tại Học viện Kỹ thuật Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology – MIT) để tất cả cùng suy nghĩ, xem như bắt đầu lại nghiên cứu dở dang củaTesla ngày trước (bị gián đoạn bởi các yếu tố không thuộc về khoa học và cái chết đến quá sớm của ông).

Hiện tượng truyền điện không dây vốn được ứng dụng phổ biến trong máy biến thế. Dòng điện xoay chiều trong cuộn dây sơ cấp của biến thế tạo ra từ trường dao động (biến thiên tuần hoàn). Từ trường dao động tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây thứ cấp. Trong biến thế, năng lượng điện chuyển thành năng lượng từ và năng tượng từ trở lại thành năng lượng điện. Năng lượng điện được truyền tải thông qua từ trường. Tuy nhiên, nếu không có lõi hợp kim sắt-silic của biến thế với tính thấm từ cao, từ trường sẽ tản mác, hiệu suất truyền điện sẽ rất thấp.

Cơ chế truyền điện không dây trong biến thế có thể được vận dụng để giúp điện thoại nhận năng lượng điện qua từ trường, không qua dây, nhưng điện thoại phải áp sát thiết bị nạp. Đó là hình ảnh của các loại thiết bị nạp điện không dây hiện có trên thị trường (điện thoại được đặt lên một chân đế có dây điện).

Nhóm nghiên cứu của Soljačić nghĩ đến hiện tượng truyền năng lượng có hiệu quả cao nhất trong tự nhiên: sự cộng hưởng. Hiện tượng cộng hưởng cơ học xảy ra khi đứa bé đứng trên xích đu dùng chân kích động xích đu phù hợp với tần số dao động. Kích động dù yếu vẫn làm biên độ dao động xích đu tăng mạnh. Tương tự, âm thanh dù không mạnh có thể làm vỡ ly thủy tinh nếu có tần số gần bằng tần số dao động riêng của ly.

Điều này gợi ý cho nhóm Soljačić nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng từ. Điều gì xảy ra khi từ trường dao động với tần số gần bằng tần số dao động điện tự nhiên của mạch điện? Sau khi thực hiện những tính toán lý thuyết để khẳng định hiện tượng cộng hưởng từ sẽ xảy ra trong điều kiện như vậy, nhóm Soljačić bắt tay vào thực nghiệm.

Trong thí nghiệm của nhóm Soljačić, hai cuộn dây lớn có tần số dao động riêng gần bằng nhau được treo bằng dây nhựa cách điện. Cuộn “sơ cấp” được cấp điện. Cuộn “thứ cấp” không có điện, được nối với bóng đèn 60w. Kết quả: Đèn sáng! Khoảng cách lớn nhất đạt được giữa hai cuộn dây là 2,4m. Hiệu suất truyền năng lượng khoảng 50%. Năng lượng điện vẫn truyền được giữa hai cuộn dây dù chúng bị ngăn cách bởi tấm kim loại. Từ trường vòng qua tấm kim loại, dù yếu, vẫn truyền được năng lượng cho bóng đèn nhờ sự cộng hưởng.

Thí nghiệm của nhóm Soljačić được công bố trên tạp chí Science năm 2007.

Tiến sĩ Marin Soljačić (hàng thứ hai, bên trái) cùng nhóm nghiên cứu WiTricity ở MIT.

Hiểu rõ tiềm năng của kết quả đạt được, nhóm Soljačić thành lập Công ty WiTricity (Wireless electricity) để có nguồn đầu tư, nhằm phát triển công nghệ truyền điện không dây. WiTricity hướng đến mục tiêu cung cấp công nghệ cho các nhà sản xuất, không trực tiếp tạo ra sản phẩm cho thị trường tiêu dùng.

Vào tháng 8/2009, Eric Giler – giám đốc điều hành WiTricity – trình bày thành quả nghiên cứu của WiTricity tại hội thảo TED Global 2009. Trước khán giả, Giler cho thấy máy thu hình (TV) có thể hoạt động mà không cần cắm điện nhờ thiết bị cấp điện của WiTricity đặt gần đó, cách khoảng 1m. Điện thoại G1 trong tay Giler (điện thoại Android đầu tiên trên thị trường) tự động nạp điện khi được đưa đến gần thiết bị cấp điện. Máy thu hình và điện thoại đều được gắn thêm thiết bị gọn nhẹ, chứa cuộn dây “thứ cấp”, có chức năng nhận năng lượng của từ trường dao động. Theo Giler, từ trường dao động do thiết bị WiTricity tạo ra có cường độ ở mức không có hại cho sức khỏe, tương tự từ trường Trái Đất mà con người hằng quen thuộc. Giler nhấn mạnh: Công nghệ WiTricity dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ, hoàn toàn không tạo ra bức xạ điện từ.

Tại hội chợ CES 2014 (Las Vegas, 1/2014), WiTricity tiếp tục giới thiệu công nghệ truyền điện không dây với thiết bị cấp điện gắn dưới mặt bàn. Người dùng có thể nạp điện cho iPhone bằng cách gắn iPhone vào vỏ đặc biệt (thiết bị nhận năng lượng của từ trường dao động) và đặt iPhone ở vị trí bất kỳ trên bàn (iPhone có thể đặt ở vị trí cách thiết bị cấp điện tối đa 2,1m). Nhằm tránh lãng phí, thiết bị cấp điện có thể được gắn thêm bộ cảm biến để chỉ tạo ra từ trường dao động khi phát hiện thiết bị tiếp nhận. Với công nghệ WiTricity, điện thoại được nạp điện nhanh gấp đôi so với cách thông thường. Hiệu suất chuyển năng lượng từ trường dao động thành năng lượng điện đạt trên 95%!

WiTricity mong muốn thiết bị nhận năng lượng của từ trường dao động được các nhà sản xuất tích hợp trong điện thoại để người dùng không cần đặt điện thoại vào vỏ khi muốn nạp điện. WiTricity mong muốn hợp tác với Apple để thực hiện chức năng mà chính Apple mong muốn: iPhone/iPad tự động được nạp điện khi đặt gần máy tính để bàn iMac. WiTricity mong muốn công nghệ của mình được chấp nhận phổ biến như công nghệ Wi-Fi, Bluetooth.

Nếu công nghệ WiTricity tiếp tục phát triển, có thể hình dung trong tương lai mọi ổ điện trong nhà sẽ được thay thế bằng thiết bị cấp điện đặt ngầm trong tường, đặt ngầm dưới sàn. Thiết bị cấp điện có thể là thiết bị được nối dây với lưới điện hoặc là thiết bị tiếp dẫn (repeater) cho từ trường dao động, có chức năng thu nhận năng lượng từ trường và tạo ra từ trường dao động ở phạm vi xa hơn. Một chuỗi thiết bị tiếp dẫn WiTricity có vai trò truyền tải năng lượng giống như dây điện.

Thiết bị cấp điện và tiếp dẫn WiTricity.

Mọi thiết bị tiêu thụ điện trong nhà (đèn, TV, tủ lạnh, lò nướng, máy hút bụt, máy tính,…) sẽ không có dây điện, không còn quá phụ thuộc vào vị trí cấp điện như trước.

Các thiết bị trong nhà dùng pin (như đồng hồ treo tường) sẽ không cần đến pin nữa. Đây là điều có ý nghĩa đặc biệt đối với môi trường. Trong hiện tại, có đến 40 tỉ viên pin được sản xuất mỗi năm trên toàn cầu, để rồi bị vứt bỏ trong rác thải và phân hủy thành những hóa chất độc hại.

Theo hình dung của Giler, xe hơi điện sẽ được nạp điện tự động khi đậu trong nhà xe nhờ thiết bị cấp điện dưới sàn. Nếu lắp đặt chuỗi thiết bị cấp điện dưới mặt đường, xe hơi điện có thể được nạp điện liên tục khi chạy. Có thể sẽ xuất hiện xe hơi điện không dùng pin. Giler tin rằng điều này giúp xe hơi điện nhẹ hơn, rẻ hơn.

Nạp điện liên tục cũng là một giải pháp cho vấn đề thời lượng pin ngắn của các thiết bị đeo trên người.

Các thiết bị cấp điện WiTricity dùng từ trường dao động.

Phác họa của WiTricity thay đổi hoàn toàn phương thức tiêu thụ điện trong xã hội. Việc thuyết phục guồng máy sản xuất thiết bị điện thay đổi chỉ thực hiện được nếu bài toán chi phí cho kết quả sáng sủa. Công nghệ Wi-Fi phổ biến trong cuộc sống sau hơn hai thập niên phát triển. Công nghệ WiTricity có thể cần thời gian không kém để trưởng thành (trở thành một bộ tiêu chuẩn công nghiệp), hoặc có thể… không bao giờ trưởng thành do sự xuất hiện giải pháp khác, có ưu điểm vượt trội.

Dù tương lai của WiTricity thế nào, ít ra hiện nay giáo sư Soljačić có lẽ không còn thức giấc giữa đêm vì tiếng “bíp” của điện thoại.

Theo Echip

Advertisements

Posted on January 10, 2015, in Công nghệ and tagged . Bookmark the permalink. Leave a comment.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: