МРІЮЧИ ПРО ПЕРЕДАЧУ ЕНЕРГІЇ ПОВІТРЯМ
Кожне покоління інженерів мріє про передачу енергії повітрям. Тесла хвацько продемонстрував це 1891 року, використовуючи магнітну індукцію. Відтоді ще багато людей намагалися це зробити:
1975 року НАСА продемонструвало перенесення на великі відстані з магнітною індукцією на мікрохвильових частотах.
У 2009 році компанія WiTricity продемонструвала живлення телевізора за допомогою магнітної індукції.
У 2011 році uBeam продемонструвала передачу енергії за допомогою ультразвуку.
У 2013 році компанія Ossia продемонструвала передачу 1 Вата на пару метрів з використанням безлічі передавачів Wi-Fi.
У 2015 році компанія Energous продемонструвала живлення iPhone на відстані 5 метрів з використанням магнітної індукції на мікрохвильових частотах.
У липні 2016 року Yank Technologies опублікувала відео про свою концепцію бездротової зарядки Motherbox, а у вересні 2016 року - перше демонстраційне відео. У березні 2017 року вони зібрали гроші на Indigogo.
Навесні 2016 року було засновано компанію PowerSphyr. У січні 2017 року вони оголосили про плани запропонувати своє перше рішення для бездротового живлення на ринку в третьому кварталі 2017 року і чіпсети на початку 2018 року.
У вересні 2017 року Pi оголосила, що вони є "першою компанією, яка поставила дійсно бездротовий зарядний пристрій для споживачів. Його таємна сила? Наша запатентована платформа: перший у світі алгоритм формування магнітного поля". "Pi поставляється у вигляді базової станції у формі конуса"
У січні 2021 року Reasonance продемонструвала ще один телевізор із бездротовим живленням
Досі жодна з цих демонстрацій або концепцій не призвела до комерційного продукту. Що ж так ускладнює перехід від "доказу концепції" до готового до ринку продукту?
Відео вище демонструють бажані переваги, такі як:
а) Відстань передачі (= як далеко я можу перемістити приймач від передавача?)
b) Рівень потужності (=швидкість зарядки)
c) Просторова свобода (= наскільки точно мені потрібно розташувати приймач?)
Ці переваги є функціональними вимогами бездротового передавання енергії.
Цікаво, що саме нефункціональні вимоги являють собою найбільші перешкоди для розробки, які необхідно усунути при виході на ринок готових продуктів. Приклади нефункціональних вимог - речей, які споживачі по праву вважають само собою зрозумілими, - включають безпеку, радіочастотні перешкоди (RFI), ефективність передавання енергії та вартість. Ці важливі елементи ігноруються у вищезазначених демонстраціях або розглядаються як проблема, з якою необхідно розібратися пізніше під час розроблення продукту. На жаль, ці нефункціональні вимоги є складними і реальними проблемами, які важче подолати, ніж функціональні вимоги. Ці проблеми нефункціонального дизайну є причиною того, що ця мрія продовжує вислизати від реальності, починаючи з оригінальних експериментів Тесли понад 100 років тому.
Давайте розглянемо кілька нефункціональних вимог до незв'язаної бездротової зарядки по одному:
Безпека
Чи знаєте ви про межі безпеки при впливі на людину радіочастотних електромагнітних полів? Урядові постанови встановлюють обмеження на рівні потужності, яким можуть піддаватися люди. Правила, найчастіше, засновані на таблицях ICNIRP коефіцієнтів селективного поглинання. Ці правила обмежують максимальну вихідну потужність і, побічно, обмежують досяжну дальність передачі.
Електромагнітні поля RFI, створювані одним продуктом, можуть створювати перешкоди для інших продуктів. Ви не хочете, щоб бездротовий зарядний пристрій у кімнаті заважав роботі кардіостимуляторів людини в кімнаті. Це очевидний ризик, але з ним також відносно легко впоратися, тому що кардіостимулятори добре захищені від перешкод. Менш очевидним і складнішим у роботі є RFI з приймачами NFC, прийомом Wi-Fi, базовими станціями мобільних телефонів та автомобільною електронікою. Вибір робочої частоти, використовуваної для передавання потужності, може допомогти: вибір вищої частоти (наприклад, 6,78 МГц або 5 ГГц) ускладнює проблему.
Ефективність
Не всі споживачі стурбовані ефективністю бездротового зв'язку, але уряди та неурядові організації стурбовані. Запуск продуктів, що витрачають енергію даремно, може завдати шкоди корпоративним брендам. І енергозалежні регулятори, такі як Комісія з енергетики Каліфорнії, можуть втрутитися, щоб обмежити продаж сумнівного продукту.
У більш ранніх відеороликах на YouTube було порушено тему ефективності. Відео НАСА заявило про ефективність 82%. Однак 82% відноситься до перетворення RF в постійний струм всередині масиву приймачів. Він не враховує втрат під час передачі, і він не враховує втрат у передавачі.
Часто зустрічаються твердження, що вводять в оману, і ведучі цього відео НАСА були чутливі до значних проблем ефективності. Відео НАСА допускає деякі вольності, але, принаймні, вони пояснили, як вони виміряли 82%. Фактичні цифри-500 кВт передано і 34 кВт отримано. Це на 7% ефективніше - і це не враховує втрати всередині передавача. Зрозуміло, чому НАСА воліє використовувати число 82.
Продукт, який заряджає мобільні пристрої з ефективністю всього 7%, за сьогоднішніми стандартами нежиттєздатний. Відповідальним постачальникам слід двічі подумати, перш ніж використовувати цей тип технології у своїх продуктах, і регулюючі органи не будуть прихильно ставитися до цих неефективних продуктів.
Вартість
Далі, очевидно, що вартість є важливим фактором для споживчих товарів масового ринку. Функція бездротової зарядки, яка коштує 10 доларів США у вигляді додаткових компонентів, виробничих витрат і ліцензійних зборів, призведе до того, що далеко не всі телефони справді включатимуть цю функцію. Бездротовий зарядний пристрій за 999 доларів - це складна угода, особливо якщо для зарядки потрібно кілька приймачів. Продукти повинні відповідати визначеним споживачем цінам, щоб домогтися масового впровадження на ринку.
Найважливіші питання, які необхідно поставити про "Енергію повітрям"
Коли ви отримуєте пропозицію розглянути ці технології дальньої дії або "Енергії по повітрю" в якості розробника продукту або інвестора, є кілька ключових запитань, які заслуговують обґрунтованих відповідей, деякі з них включають:
Чи можете ви ознайомитися з технічним аналізом рівнів радіочастотного впливу (рекомендації ICNIRP), викликаних продуктом для пропонованого підходу? Якщо ні, то чому?
Чи дозволять вони вам виміряти їхню демонстраційну систему для RFI і радіочастотного впливу в незалежній лабораторії? Як щодо ефективності, чи дозволять вони вам виміряти це самостійно?
Які вимоги до безпеки, RFI та ефективності вашої власної компанії?
Чи може розглянута вами технологія відповідати вашим вимогам безпеки, RFI та ефективності, а також функціональним вимогам? Як він це робить?
Як вони вимірюють ефективність? Чи вимірюють вони її в діапазоні навантажень і в діапазоні положень X/Y/Z, чи тільки в одному "приємному місці"? Чи знають вони абсолютну найгіршу і найкращу ефективність, з якою зіткнеться користувач? Якщо ні, то чому б і ні?
Чи бачили ви технічні деталі та суворість, які показують, що це можливо (або просто маркетинговий галас, "слайди" і круті демонстрації?)
Яка ціна, яку вам потрібно досягти? Чи можете ви отримати пропозицію на компоненти або продукти із зазначенням цін, обсягу і термінів поставки? Чи є у них детальна дорожня карта зі зниження витрат?
Такі видання, як Seeking Alpha, IEEE-Spectrum і Techcrunch, пропонують скептичний аналіз і шукають відповіді на ті самі запитання, що й вище, на основі заяв деяких із цих стартапів-початківців, а саме заглиблюються в нефункціональні вимоги: безпеку та ефективність.
У цьому інтерв'ю з Полом Рейнольдсом про стан бездротового заряджання на далекі відстані наводиться нещодавня (березень 2019 року) оновлена інформація про "живлення по повітрю".
Передача енергії на великі відстані повітрям сьогодні доступна в реальних продуктах, але тільки за наднизького рівня потужності
Ці недоведені спроби заряджати мобільні телефони на далеких дистанціях продовжують привертати велику увагу преси. Однак промислові додатки не визнаються, хоча вони здаються більш реалістичними. Візьмемо, приміром, компанію Powercast, яка використовує передавач потужністю 3 Вт для передавання мікроват по повітрю. Рівень радіочастотного впливу і діапазон частот такі ж, як у базової станції Wi-Fi. Це виглядає життєздатним. Ви також помітите відсутність кричущих претензій до ефективності. Ефективність не є проблемою, коли ви передаєте тільки 3 Вт і передаєте в мікроваттах. Інший приклад, IMEC забезпечує живлення датчиків у промисловому застосуванні (сільське господарство в скляному будинку), також на рівні мікроват.
Досягнення масового впровадження на ринку за допомогою безпечної, ефективної та економічної технології бездротового живлення
Передача енергії повітрям сьогодні можлива для промислових застосувань наднизької потужності. Зарядка мобільних пристроїв повітрям у найближчому майбутньому залишиться неможливою - нефункціональні вимоги роблять це неможливим.
Крім підходів дальньої дії, слабко пов'язані підходи до бездротового живлення 6,78 МГц залишаються в демонстраційній фазі з повторними невиконаними обіцянками* забезпечити комерційну загальнодоступність. Масове впровадження на ринок слабко пов'язаних продуктів із частотою 6,78 МГц, як і раніше, відкладалося і витіснялося. Причини цих неодноразових затримок ніколи не розголошувалися публічно, але можна припустити, що це пов'язано з проблемами з нефункціональними вимогами.
Qi являє собою єдину бездротову технологію живлення, яка дійсно перейшла від демонстраційного до масового впровадження на ринку в споживчих комерційно продаваних зарядних пристроях. Сьогодні було продано від 50 до 100 мільйонів зарядних пристроїв Qi, причому понад 150 мільйонів смартфонів мають приймач Qi всередині. Основні причини цього полягають у тому, що Qi довів свою безпеку, ефективність, не впливає на чутливу автомобільну електроніку і може бути реалізований за правильною (низькою) ціною.
