Le système de recharge sans fil créé par les ingénieurs de l'Université de Washington. Le laser de charge et les lasers de garde sont normalement invisibles à l'œil humain, mais des faisceaux rouges ont été insérés à la place des faisceaux de garde à des fins de démonstration. Crédit : Mark Stone/Université de Washington
Bien que les appareils mobiles tels que les tablettes et les smartphones nous permettent de communiquer, travailler et accéder aux informations sans fil, leurs batteries doivent encore être chargées en les branchant sur une prise. Mais les ingénieurs de l'Université de Washington ont pour la première fois développé une méthode pour charger en toute sécurité un smartphone sans fil à l'aide d'un laser.
Comme l'équipe le rapporte dans un article publié en ligne en décembre dans le Actes de l'Association for Computing Machinery on Interactive , Mobile, Technologies portables et omniprésentes, une flèche, Le faisceau invisible d'un émetteur laser peut charger un smartphone assis dans une pièce - et peut potentiellement charger un smartphone aussi rapidement qu'un câble USB standard. Pour y parvenir, l'équipe a monté une fine cellule d'alimentation à l'arrière d'un smartphone, qui charge le smartphone en utilisant l'énergie du laser. En outre, l'équipe a conçu des dispositifs de sécurité sur mesure - y compris un métal, dissipateur thermique plat sur le smartphone pour dissiper l'excès de chaleur du laser, ainsi qu'un mécanisme basé sur un réflecteur pour éteindre le laser si une personne essaie de se déplacer sur le chemin du faisceau de charge.
« La sécurité a été au centre de nos préoccupations lors de la conception de ce système, " a déclaré le co-auteur Shyam Gollakota, professeur agrégé à la Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering de l'UW. « Nous avons conçu, construit et testé ce système de charge laser avec un mécanisme de sécurité à réponse rapide, ce qui garantit que l'émetteur laser mettra fin au faisceau de charge avant qu'une personne ne se trouve sur la trajectoire du laser."
Gollakota et co-auteur Arka Majumdar, un professeur assistant UW de physique et de génie électrique, a dirigé l'équipe qui a conçu ce système de recharge sans fil et ses fonctions de sécurité.
"En plus du mécanisme de sécurité qui termine rapidement le faisceau de charge, notre plateforme comprend un dissipateur thermique pour dissiper l'excès de chaleur généré par le faisceau de charge, " a déclaré Majumdar. " Ces caractéristiques donnent à notre système de charge sans fil les normes de sécurité robustes nécessaires pour l'appliquer à une variété de paramètres commerciaux et domestiques. "
Illuminé en rouge est l'un des rétroréflecteurs imprimés en 3D, qui réfléchit les faisceaux de garde de faible puissance vers les diodes de l'émetteur laser. L'interruption des faisceaux de garde déclenche un système de sécurité qui bloque le faisceau de charge. Crédit : Mark Stone/Université de Washington
Le faisceau de charge est généré par un émetteur laser que l'équipe a configuré pour produire un faisceau focalisé dans le spectre proche infrarouge. Le système de sécurité qui coupe le faisceau de charge se concentre sur une faible puissance, laser inoffensif "faisceaux de garde, " qui sont émis par une autre source laser co-localisée avec le faisceau laser de charge et " entourent " physiquement le faisceau de charge. Des " rétroréflecteurs " personnalisés imprimés en 3D placés autour de la cellule d'alimentation sur le smartphone réfléchissent les faisceaux de garde vers les photodiodes sur l'émetteur laser. Les faisceaux de garde ne chargent pas le téléphone eux-mêmes, mais leur réflexion du smartphone vers l'émetteur leur permet de servir de "capteur" lorsqu'une personne se déplacera sur le trajet du faisceau de garde. Les chercheurs ont conçu l'émetteur laser pour terminer le faisceau de charge lorsqu'un objet - comme une partie du corps d'une personne - entre en contact avec l'un des faisceaux de garde. Le blocage des faisceaux de garde peut être détecté assez rapidement pour détecter les mouvements les plus rapides du corps humain, basé sur des décennies d'études physiologiques.
"Les faisceaux de garde sont capables d'agir plus rapidement que nos mouvements les plus rapides car ces faisceaux sont réfléchis vers l'émetteur à la vitesse de la lumière, " dit Gollakota. " En conséquence, lorsque le faisceau de garde est interrompu par le mouvement d'une personne, l'émetteur le détecte en une fraction de seconde et déploie un obturateur pour bloquer le faisceau de charge avant que la personne ne puisse entrer en contact avec lui."
La prochaine génération de dispositifs optiques à l'échelle nanométrique devrait fonctionner avec une fréquence Gigahertz, ce qui pourrait réduire le temps de réponse de l'obturateur à quelques nanosecondes, ajouta Majumdar.
Le faisceau charge le smartphone via une cellule d'alimentation montée à l'arrière du téléphone. Un faisceau étroit peut fournir une puissance constante de 2 W à une zone de 15 pouces carrés à une distance allant jusqu'à 4,3 mètres, ou environ 14 pieds. Mais l'émetteur peut être modifié pour étendre le rayon du faisceau de charge à une zone allant jusqu'à 100 centimètres carrés à partir d'une distance de 12 mètres, ou près de 40 pieds. Cette extension signifie que l'émetteur pourrait viser une surface de charge plus large, comme un comptoir ou une table, et chargez un smartphone placé n'importe où sur cette surface.
L'assemblage du dissipateur thermique prototype de l'équipe UW, qui peut être fixé à l'arrière d'un smartphone, se compose d'une cellule photovoltaïque (carré d'argent, haut) attaché à un générateur thermoélectrique (en blanc). Le générateur est monté sur un radiateur en aluminium. L'ensemble ne fait que 8 mm d'épaisseur et 40 mm de large. Crédit : Mark Stone/Université de Washington
Les chercheurs ont programmé le smartphone pour signaler son emplacement en émettant des « bips » acoustiques à haute fréquence. Ceux-ci sont inaudibles à nos oreilles, mais suffisamment sensible pour que les petits microphones de l'émetteur laser captent.
« Ce système de localisation acoustique garantit que l'émetteur peut détecter lorsqu'un utilisateur a posé le smartphone sur la surface de charge, qui peut être un endroit ordinaire comme une table à travers la pièce, " a déclaré le co-auteur principal Vikram Iyer, un étudiant au doctorat UW en génie électrique.
Lorsque l'émetteur détecte le smartphone sur la surface de charge souhaitée, il allume le laser pour commencer à charger la batterie.
"Le faisceau délivre la charge aussi rapidement que de brancher votre smartphone sur un port USB, " a déclaré le co-auteur principal Elyas Bayati, un étudiant au doctorat UW en génie électrique. "Mais au lieu de brancher votre téléphone, vous le placez simplement sur une table."
Pour vous assurer que le faisceau de charge ne surchauffe pas le smartphone, l'équipe a également placé de fines bandes d'aluminium à l'arrière du smartphone autour de la cellule d'alimentation. Ces bandes agissent comme un dissipateur thermique, dissiper l'excès de chaleur du faisceau de charge et permettre au laser de charger le smartphone pendant des heures. Ils ont même récupéré une petite quantité de cette chaleur pour aider à charger le smartphone - en montant un générateur thermoélectrique presque plat au-dessus des bandes du dissipateur thermique.
Les chercheurs pensent que leurs fonctionnalités robustes de sécurité et de dissipation thermique pourraient permettre sans fil, chargement par laser d'autres appareils, comme les caméras, tablettes et même des ordinateurs de bureau. Si c'est le cas, la tâche avant le coucher de brancher votre smartphone, tablette ou ordinateur portable peut un jour être remplacé par un rituel plus simple :le placer sur une table.
