Aunque los dispositivos móviles como tabletas y teléfonos inteligentes nos permiten comunicarnos, trabajar y acceder a la información de forma inalámbrica, sus baterías aún deben cargarse enchufándolas a una toma de corriente. Pero los ingenieros de la Universidad de Washington han desarrollado por primera vez un método paraCargue de forma segura un teléfono inteligente de forma inalámbrica con un láser.
Como informa el equipo en un artículo publicado en línea en diciembre en el Actas de la Asociación de Computación de Maquinaria en Interactivo Tecnologías móviles, portátiles y ubicuas, un haz estrecho e invisible de un emisor láser puede cargar la carga a un teléfono inteligente sentado en una habitación, y potencialmente puede cargar un teléfono inteligente tan rápido como un cable USB estándar. Para lograr esto, elEl equipo montó una delgada celda de energía en la parte posterior de un teléfono inteligente, que carga el teléfono inteligente usando la energía del láser. Además, el equipo diseñó características de seguridad personalizadas, que incluyen un disipador de metal de placa plana en el teléfono inteligente para disipar el exceso de calordesde el láser, así como un mecanismo basado en reflector para apagar el láser si una persona intenta moverse en la trayectoria del haz de carga.
"La seguridad fue nuestro enfoque en el diseño de este sistema", dijo el coautor Shyam Gollakota, profesor asociado en la Escuela de Ciencias e Ingeniería Informática Paul G. Allen de la Universidad de Washington. "Hemos diseñado, construido y probado esta carga basada en láser"sistema con un mecanismo de seguridad de respuesta rápida, que asegura que el emisor láser terminará el haz de carga antes de que una persona entre en el camino del láser ".
Gollakota y el coautor Arka Majumdar, profesor asistente de física e ingeniería eléctrica de la UW, lideraron el equipo que diseñó este sistema de carga inalámbrica y sus características de seguridad.
"Además del mecanismo de seguridad que termina rápidamente el haz de carga, nuestra plataforma incluye un disipador térmico para disipar el exceso de calor generado por el haz de carga", dijo Majumdar. "Estas características le dan a nuestro sistema de carga inalámbrica los sólidos estándares de seguridad necesarios para aplicara una variedad de entornos comerciales y domésticos "
El haz de carga es generado por un emisor láser que el equipo configuró para producir un haz enfocado en el espectro infrarrojo cercano. El sistema de seguridad que apaga el haz de carga se centra en "rayos de protección" láser inofensivos de baja potencia queson emitidos por otra fuente láser ubicada junto con el rayo láser de carga y físicamente "rodean" el rayo de carga. Los "retroreflectores" impresos en 3-D personalizados colocados alrededor de la celda de energía en el teléfono inteligente reflejan los rayos de protección de nuevo a los fotodiodos en el láseremisor. Los haces de protección no entregan carga al teléfono, pero su reflejo desde el teléfono inteligente de regreso al emisor les permite servir como un "sensor" para cuando una persona se moverá en el camino del haz de protección. Los investigadores diseñaron elemisor láser para terminar el haz de carga cuando cualquier objeto, como parte del cuerpo de una persona, entra en contacto con uno de los haces de protección. El bloqueo de los haces de protección puede detectarse lo suficientemente rápido como para detectar los movimientos más rápidosEl cuerpo humano, basado en décadas de estudios fisiológicos.
"Los haces de protección pueden actuar más rápido que nuestros movimientos más rápidos porque esos haces se reflejan de vuelta al emisor a la velocidad de la luz", dijo Gollakota. "Como resultado, cuando el haz de protección se interrumpe por el movimiento de unpersona, el emisor lo detecta en una fracción de segundo y despliega un obturador para bloquear el haz de carga antes de que la persona pueda entrar en contacto con él ".
Se espera que la próxima generación de dispositivos ópticos a nanoescala opere con frecuencia Gigahertz, lo que podría reducir el tiempo de respuesta del obturador a nanosegundos, agregó Majumdar.
El rayo carga el teléfono inteligente a través de una celda de energía montada en la parte posterior del teléfono. Un rayo estrecho puede suministrar una potencia constante de 2W a un área de 15 pulgadas cuadradas desde una distancia de hasta 4,3 metros, o aproximadamente 14 pies. Peroel emisor se puede modificar para expandir el radio del haz de carga a un área de hasta 100 centímetros cuadrados desde una distancia de 12 metros, o casi 40 pies. Esta extensión significa que el emisor podría apuntar a una superficie de carga más amplia, como unmostrador o mesa, y cargue un teléfono inteligente colocado en cualquier lugar de esa superficie.
Los investigadores programaron el teléfono inteligente para señalar su ubicación emitiendo "chirridos" acústicos de alta frecuencia. Estos son inaudibles para nuestros oídos, pero lo suficientemente sensibles como para que los pequeños micrófonos del emisor láser puedan captarlos.
"Este sistema de localización acústica garantiza que el emisor pueda detectar cuándo un usuario ha colocado el teléfono inteligente en la superficie de carga, que puede ser una ubicación normal como una mesa al otro lado de la habitación", dijo el coautor Vikram Iyer, un doctorado de la Universidad de Washington.estudiante de ingeniería eléctrica.
Cuando el emisor detecta el teléfono inteligente en la superficie de carga deseada, enciende el láser para comenzar a cargar la batería.
"El rayo entrega carga tan rápido como enchufar su teléfono inteligente a un puerto USB", dijo el coautor principal Elyas Bayati, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica de la UW. "Pero en lugar de enchufar su teléfono, simplemente colóquelo enuna mesa."
Para garantizar que el haz de carga no sobrecaliente el teléfono inteligente, el equipo también colocó delgadas tiras de aluminio en la parte posterior del teléfono inteligente alrededor de la celda de alimentación. Estas tiras actúan como un disipador térmico, disipando el exceso de calor del haz de carga y permitiendo que el lásercargar el teléfono inteligente durante horas. Incluso cosecharon una pequeña cantidad de este calor para ayudar a cargar el teléfono inteligente, montando un generador termoeléctrico casi plano por encima de las tiras del disipador térmico.
Los investigadores creen que sus sólidas funciones de seguridad y disipación de calor podrían permitir la carga inalámbrica de otros dispositivos, como cámaras, tabletas e incluso computadoras de escritorio basadas en láser. Si es así, la tarea de enchufar su teléfono inteligente antes de acostarse,algún día, la tableta o la computadora portátil pueden reemplazarse con un ritual más simple: colocarlo sobre una mesa.
El coautor es Rajalakshmi Nandakumar, estudiante de doctorado de la Universidad de Allen. La investigación fue financiada por la National Science Foundation, la Alfred P. Sloan Foundation y Google Faculty Research Awards.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por James Urton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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