Sijalica bez kabla

Ako ste prošlog četvrtka uključili televizor u pola večernjeg dnevnika, verovatno ste ulovili prilog o tome kako su američki naučnici uspeli da ostvare bežični prenos energije. Ova vest je obišla svet i stigla do televizora koji stoji na svom mestu, ali je, naravno, vezan kablom, kao što su kablom sputani i svi drugi kućni uređaji, računari, DVD plejeri, lampe, šporeti, frižideri i poneka mašina za sudove, koja osim vode za svoj rad zahteva i mesto gde se može udenuti kabl za napajanje električnom energijom.

Čak je i za mobilni telefoni potreban kabl za punjenje baterija. Uz to, žice elektrodistributivne mreže natkriljuju svaku livadu i šumarak, tu su, ispod ili iznad gradskih ulica, pod kožom zidova, iza prvog sloja maltera, svuda su kablovi. Kad god kupujete i unosite nove uređaje ili ih samo onako proizvoljno razmeštate po stanu, nećete izbeći borbu sa razvodnicima i kablovima koji se zapliću i po ćoškovima pretvarajući se u klupka kako god da ih složite.

No, možda dolazi budućnost bez žica. Takvu mogućnost je otvorio uspeh eksperimenta koji je izveo sedmočlani naučni tim sa tri odeljenja Tehnološkog instituta u Masačusetstu, poznatog po akronimu MIT (Massachusetts Institute of Technology), što je jedna od vodećih naučnih ustanova na planeti.

REZONANTNA ARIJA: Predvođeni doktorom Marinom Šoljačićem, naučnikom hrvatskog porekla, fizičari i elektroinženjeri iz ovog tima napravili su neobičnu skalameriju sa dva velika bakarna kalema, izvorom i prijemnikom, koju su nazvali WiTricity (što je igra reči od wireless electricity). Pomoću ove opreme, Šoljačić i njegovi saradnici su uspeli da sa rastojanja od dva metra bez žica uključe običnu sijalicu od 60 W.

Već vekovima su poznate razne metode za bežični prenos energije od izvora do prijemnika, a takav primer je elektromagnetno zračenje kao što su radio ili televizijski talasi pomoću kojih je stigla pomenuta vest od TV predajnika do vašeg televizijskog aparata.

Međutim, ovi talasi su pogodni za prenos informacija, ali ne i za bežični prenos veće količine energije. EM talasi se šire jednako u svim pravcima od izvora, tako da su gubici energije ogromni. Druga ideja je da se koristi direktan svetlosni snop kao što je lasersko zračenje, ali osim male efikasnosti, ovaj transfer energije nije pogodan jer se prekida čim snop naiđe na neprozirnu prepreku.

Zato mašina WiTricity koristi rezonanciju, pojavu da se u nekom sistemu prinudna sila koja deluje na sistem pojačava onda kad ima istu frekvenciju kao rezonantna frekvencija sistema. Šoljačić i njegove kolege navode jedan mehanički primer koji slikovito objašnjava ovu pojavu. Ako zamislimo sobu sa staklenim čašama gde se u svakoj nalazi različita količina vode, onda sve čaše imaju različite rezonantne frekvencije. Kad u tu sobu uđe operska diva i otpeva jednu notu (zvuk jedne frekvencije), pući će samo jedna od čaša – baš ona čiji je ton pogođen.

STARA IDEJA: U mašini WiTricity, izvor, bakarni kalem prečnika od 60 centimetara, osciluje na frekvenciji od 10 MHz, a od njega se emituju niskofrekventni EM talasi, koji prelaze dva metra sve do prijemnika koji takođe osciluje na 10 MHz. Energija se prenosi efikasno, a sijalica se uključuje zahvaljujući EM indukciji. Međutim, ni ta ideja nije nova (vidi okvir).

„Činjenica je da je i elektromagnetna indukcija poznata već decenijama, još od vremena slavnog Nikole Tesle“, kaže za „Vreme“ Aristeidis Karalis, naučnik grčkog porekla sa MIT-a, koji je bio prvi autor u teoretskom, a drugi u eksperimentalnom radu Šoljačićevog tima. „Danas ima mnogo sistema koji su zasnovani na rezonantnoj indukciji, ali većina tih sistema radi na maloj snazi ili na mnogo manjim rastojanjima nego što su sami kalemovi“, objašnjava Karalis, dodajući da bi nerezonantna magnetna indukcija bila milion puta manje efikasna.

U odnosu na slične, ovaj sistem ima veliku efikasnost – oko 45 odsto energije izvora stigne do sijalice prijemnika. Da bi se to postiglo, istraživači sa MIT-a su koristili EM talase niske frekvencije. „Izbor rezonatne frekvencije EM polja bio je presudan za postizanje velike efikasnosti“, kaže Karalis, dodajući da bi se unapređenjem aparature mogla postići i veća efikasnost i to za razna rastojanja.

PUT KROZ PREPREKE: Ovaj sistem nije opasan po ljude, pošto magnetno polje na toj frekvenciji ne interreaguje sa ljudskim telom. „Nije neophodno da između dva rezonantna kalema postoji vizuelni kontakt. Uređaj je skoro omnidirekcionalan, što znači da prjemnik može biti pod bilo kojim uglom u odnosu na izvorni kalem. Sa druge strane, nerezonatni objekti u polju slabo utiču na sistem, naročito ako nisu suviše blizu kalemovima“, objašnjava Karalis.

Mnogi materijali, kao što je plastika, gotovo su imuni na magnetna polja, dok metali menjaju rezonantnu frekvenciju, ali se to može ispraviti povratnim mehanizmom. Najgore su prepreke od drveta ili vode koje povećavaju gubitke, pa istraživači smatraju da ih treba izbegavati.

„Na ovu ideju došao sam pre nekoliko godina dok sam pokušavao da rešim problem punjenja baterije mobilnog telefona“, kaže Šoljačić za BBC i objašnjava da je sličan eksperiment već jednom bio izveden, ali tada nije uspeo. „Snažno smo verovali da će naša teorija ovaj put položiti eksperimentalni test“, ističe Šoljačić.

Istraživači sa MIT-a smatraju da će njihov trenutno robusni sitem brzo biti komercijalizovan i da bi se bežični prenos energije uskoro mogao koristiti kod laptopova i mobilnih telefona. „Tokom poslednje decenije izuzetno je povećana upotreba prenosivih elektronskih uređaja“, kaže Karalis, dodajući da to otvara novu epohu u bežičnom prenosu energije. Eksperiment sa MIT-a ne donosi ništa konceptualno novo, ali je važan kao vrlo uspela primena stare ideje za kojom danas postoji ogromna potreba. Ako se njegov razvoj nastavi, kablovi bi uskoro mogli da nestanu.