Воздушный проводник Как будут работать беспроводные зарядные устройства с радиусом действия в несколько метров

В конце января Xiaomi представила прототип беспроводной зарядной станции Mi Air Charge, а позже Motorola сообщила о похожей разработке — ​зарядке One Hyper. Нам обещают не очередные коврики или чехлы: устройства могут передавать энергию на расстояние в несколько метров. Правда, оба гаджета показали пока только в видеороликах, и они не появятся на рынке в этом году.

У прототипов Xiaomi и Motorola много общего. Передатчики выглядят как большие коробки и устанавливаются в центре комнаты. Они отслеживают местоположение смартфонов, создают узкие лучи электромагнитных волн и направляют их прямо в прибор, который требуется зарядить. Внутри «коробок» — ​генераторы миллиметровых волн и больше ста фазированных передающих антенн (у Xiaomi их 144, о Motorola ничего не известно).

Скрыть текст

Беспроводная зарядная станция Xiaomi Mi Air Charge будет работать только с совместимыми смартфонами, у которых есть специальная приемная антенна. Сейчас в продаже таких устройств нет

Зарядка от Xiaomi будет одновременно питать пять устройств на расстоянии нескольких метров. Максимальная мощность — ​по 5 ватт, что сравнимо с самой слабой проводной зарядкой, но для новой технологии немало. В свою очередь, Motorola говорит о питании семи устройств одновременно, но ничего не известно о мощности и дальности действия.

Со старыми гаджетами система работать не будет. Во-первых, смартфон должен передавать на станцию сигналы, чтобы помогать зарядке себя обнаружить. Во-вторых — ​иметь специальную приемную антенну, которая конвертирует электромагнитные колебания в ток и заряжает аккумулятор. Компании обещают выпустить адаптированные телефоны одновременно со станциями питания.

Это не первая попытка создать беспроводную зарядку на основе направленных высокочастотных лучей. Например, компания Energous показывала похожую технологию еще на выставке CES2015, а через три года получила сертификацию Федеральной комиссии по связи США, но в продажу устройства так и не поступили. Над беспроводной зарядкой работают стартапы Wi-Charge и SonicEnergy, но и их продукты пока не появились в продаже.

Скрыть текст

Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения ООН (ICNIRP) ежегодно публикует требования к безопасности излучателей радиоволн, и производители техники обязаны им следовать.

Повелитель молний

Возможность передавать энергию на расстоянии стара как мир, в самом прямом смысле. Земля существует 4,5 миллиарда лет, и все это время она получает энергию Солнца — ​световую и тепловую. Видимый свет и инфракрасное излучение имеют ту же природу, что и радиоволны.

Изобретатель Никола Тесла еще 100 лет назад строил мощные резонансные трансформаторы — ​аппараты, генерирующие электрический ток высокой частоты. С их помощью Тесла устраивал шоу и шокировал зрителей, зажигая в руках лампочки от пляшущих молний. Но как это возможно?

Электромагнитную волну можно сравнить с обычной волной на поверхности воды. Если бросить камень в пруд, по поверхности пойдут колебания. Плавающие у другого берега листики начнут двигаться вверх-вниз в такт волнам. Это значит, что энергию удалось передать на расстояние. Для передачи электричества можно использовать волны разной длины, не только миллиметровые. Но чем меньше длина, тем меньше может быть размер приемной антенны, а для смартфонов это важный фактор.

Тесла хотел обеспечить беспроводным электричеством весь мир. Он планировал построить целую сеть из огромных трансформаторов, которые могли бы передавать энергию без проводов. Но изобретатель столкнулся с множеством проблем, некоторые из которых актуальны даже спустя сотню лет.

Скрыть текст

В XXI веке труды Николы Теслы используют в индустрии развлечений. Во всем мире популярно «Тесла-шоу» — представление, которое сопровождается эффектными разрядами электрического тока в воздухе

Волновая бухгалтерия

Например, ни один производитель до сих пор не объявил реальный КПД зарядных станций. КПД показывает, сколько энергии в сумме было потрачено на зарядку смартфона, считая потери. Хотя излучение от такого источника направленное, антенны физически не способны передавать 100 % энергии — ​часть обязательно теряется в пространстве. Если на практике окажется, что КПД равен 10 %, то неизвестно, будет ли это экономически целесообразным.

В реальной квартире много посторонних предметов, а миллиметровые волны не проходят сквозь препятствия. Возможно, в режиме зарядки телефон нельзя будет даже держать в руке, чтобы случайно не перекрыть антенну. Дальность распространения миллиметровых волн тоже невысока, поэтому придется всегда находиться в нескольких метрах от станции.

Те, кто боится волн 5G, должны насторожиться, ведь у беспроводных зарядок длина волны такая же, как у 5G-передатчиков. Миллиметровые волны плохо проникают внутрь тела и рассеиваются на коже, но при некоторых параметрах они способны нагреть ее нижний слой. Поэтому отдельное внимание здесь заслуживает мощность излучения: она значительно больше той, что нужна для работы Wi-Fi или сотовой связи. Для исключения любых рисков Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения ООН (ICNIRP) с 1998 года публикует требования к безопасности излучателей радиоволн. Разработка не попадет в руки покупателя, если не будет соответствовать этим нормам. Пока неясно, пройдут ли новые устройства сертификацию. Компания Motorola пошла в обход: их зарядное устройство One Hyper мгновенно отключается, когда на пути луча появляется человек.

Скрыть текст

Флагманские смартфоны Vivo, Samsung, Huawei, Apple и Xiaomi поддерживают технологию быстрой зарядки. Если в будущем каждый смартфон будет заряжаться на 100 % за 10–15 минут, беспроводная передача энергии может оказаться невостребованной.

Чем дальше, тем толще

Что, если дом и вправду не лучшее место для электромагнитных пушек? Вполне возможно, что беспроводные зарядки сначала найдут применение в общественных местах. По задумке авторов проекта Wi-Charge, источники летучей энергии должны появиться в ресторанах, домах, торговых центрах, на автобусных остановках и даже на МКС.

С другой стороны, инженеры каждый год наращивают емкость аккумуляторов и скорость зарядки по проводам. Телефон приходится все реже подключать к сети. Недавно компания Vivo представила технологию быстрой зарядки Super FlashCharge 120W: смартфон емкостью 4000 мА·ч заряжается на 100 % всего за 15 минут. Работать в этом направлении технологически проще, чем разрабатывать новый способ передачи энергии, и большинство производителей идет этим путем. В будущем провода или исчезнут полностью, или, наоборот, станут толще. Тогда техника будет нуждаться в них так редко, что беспроводная передача энергии окажется не нужна.

Иван Индриков, Инженер по радиоэлектронным системам и комплексам, специалист компании General Electric

Я вижу много проблем. Зарядка направленным лучом электромагнитной энергии не подходит для мест большого скопления людей, потому что перекрытие луча ее тут же прекращает. Кроме того, на скорость будет влиять расстояние до устройства, поэтому смартфон придется держать недалеко от зарядной станции. Со временем у всех существующих способов беспроводной зарядки будут возникать проблемы электросовмес­тимости. К тому же ограничено число пользователей на одной станции. Думаю, провода — ​проблема не настолько острая, чтобы стараться ее решить любой ценой. Если беспилотный автомобиль может уменьшить смертность на дорогах, то беспроводная зарядка смартфона избавит нас лишь от одного провода. В Москве только недавно начали появляться вагоны метро и остановки с USB-портами, а еще будки с платной зарядкой в ТЦ и на вокзалах. Технологически в этом нет ничего нового, но внедрение заняло очень много времени. Стандартизация и модернизация разъемов для зарядки решила бы проблему избытка проводов гораздо раньше. А если появятся более емкие аккумуляторы, то беспроводная зарядка может оказаться невостребованной совсем.