Fonte: Visionari.org

Un nuovo sistema di ricarica senza fili potrebbe significare una maniera più efficiente di approvigionamento dei veicoli elettrici mentre vanno, afferma un nuovo studio.

Ricercatori della Stanford Univeristy hanno adattato un concetto della fisica quantistica per produrre un ricaricatore wireless che fa ciò che altri caricatori senza fili non possono fare ora: sintonizzarsi automaticamente alla frequenza delle onde radio — il mezzo tramite il quale la carica viene trasferita- per coprire la distanza tra il dispositivo e la piattaforma di ricarica. In un esperimento, il team ha mostrato che il nuovo sistema ha trasferito la carica con il 100% d’efficienza anche ad una distanza di 70 cm.

“Questa distanza è perfetta per le macchine elettriche,” ha detto a Live Science Sid Assawaworrarit, dottorando in ingegneria elettrica alla Stanford. “Il piantone di una macchina è circa 20 cm distante dalla superficie stradale. Potremmo dunque mettere la piattaforma di ricarica al di sotto di essa.”

Assawaworrarit e i suoi colleghi hanno riportato la loro ricerca in uno studio pubblicato online su Nature il 14 giugno scorso.

Anche se dispositivi per la ricarica wireless esistono già, come per esempio quelli per i telefoni, la loro efficienza cala drammaticamente se il dispositivo e la piattaforma di ricarica sono troppo vicini o troppo lontani. Ciò significa che un telefono deve essere piazzato sopra un pad di ricarica per funzionare al meglio, così come una macchina elettrica deve essere parcheggiata direttamente sopra una piattaforma per ricaricarsi efficientemente. In questo senso, i dispositivi elettronici sono ancora legati, anche se in modo invisibile, alle loro fonti di energia, secondo Assawaworrarit.

Il problema risiede nella progettazione di questi sistemi wireless. Tipicamente essi consistono in una fonte (la piattaforma di ricarica) e un ricevitore (il telefono o la macchina).

Nella fonte, le onde radio di una certa frequenza sono generate per eccitare gli elettroni in una bobina, detta induttore di risonanza. Il ricevitore nel telefono o nella macchina elettrica ha anch’esso un induttore fatto di una bobina di fili. Quando i due induttori vengono messi vicini l’uno all’altro, l’energia viene associata. Nel ricevitore, un componente chiamato raddrizzatore converte l’energia da onde radio a elettricità utilizzabile.

Trovare la frequenza ottimale delle onde radio dipende dalla sensibilità dell’attrezzatura, la distanza tra fonte e ricevitore ed il loro orientamento relativo. Una volta che la frequenza ottimale è stata trovata, variabili come la distanza tra fonte e ricevitore riducono l’efficienza di trasferimento. Assawaworrarit afferma che, in teoria, un circuito in grado di sintonizzarsi per aggiustare la frequnza possa essere costruito. Ma la progettazione è complicata e pone limiti a quanto velocemente il dispositivo possa essere mosso rispetto alla piattaforma.

Assawaworrarit e il suo team hanno creato un sistema di ricarica wireless che non utilizza una fonte di onde radio, né richiede un circuito capace di sintonizzarsi. Funziona anzi anche se la distanza tra le bobine di risonanza fluttua.

I ricercatori hanno raggiunto questo obiettivo prendendo spunto da un concetto della fisica quantistica chiamato parity-time symmetry (simmetria PT). Sistemi costruiti su questo concetto hanno parti in grado sia di assorbire energia elettromagnetica sia di emetterla.

Il team di Assawaworrarit ha simplificato l’intero sistema. Ne hanno costruito uno che ha una fonte e un ricevitore, come in quelli convenzionali. Ma invece che usare onde radio per eccitare gli elettroni nell’induttore di risonanza, hanno impiantato un amplificatore progettato per ampliare l’energia elettromagnetica nella bobina. Il ricevitore presenta gli stessi induttori e raddrizzatori dei sistemi convenzionali.

La fisica dietro la simmetria PT seleziona automaticamente la frequenza operativa che possa consentire il massimo ammontare di energia trasferita. E lo fa in poche decine di microsecondi, entro distanze di poco più che un metro.

Anche se i ricercatori hanno testato l’idea sia con simulazioni a computer che in esperimenti su lampadine a luce LED, hanno spiegato che ci vorrà del tempo prima che dispositivi di questo tipo raggiungano i consumatori.

Geoffroy Lerosey, scienziato ricercatore del Langevin Institute, del The French National Center for Scientific Research (CNRS) e del ESPCI Paris, ha supportato lo studio con una sua analisi di accompagnamento. In essa, ha commentato che l’amplificatore ha bisogno di essere ottimizzato, e che resta da verificare che tale sistema possa funzionare con una delle due bobine in movimento e l’altra ferma — come accadrebbe nel caso dell’applicazione su strade capaci di ricaricare auto elettriche in movimento.

“Tali domande devono trovare una risposta prima che questo meraviglioso concetto possa avere applicazioni sulla vita reale,” ha scritto Lerosey. “Comunque, esso sta già costruendo uno stimolante ponte tra il mondo della fisica quantistica e quello dell’ingegneria.”


Tradotto in Italiano. Articolo originale: Live Science


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