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La stanza magica in cui lo smartphone si ricarica da solo

Dei ricercatori dell’Università del Michigan, in collaborazione con l’Università di Tokyo, hanno realizzato una stanza in cui i dispositivi elettronici si ricaricano in wireless. Grazie all’induzione elettromagnetica, niente più prese e cavi.

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Quante volte ci capita di ritrovarci con lo smartphone scarico proprio sul più bello? Sarà capitato a chiunque di girare a zonzo per un ristorante con il caricatore in mano cercando disperatamente una presa. E se un giorno, invece, non ci sarà più bisogno di tutto questo? In realtà ci hanno già pensato dei ricercatori dell’Università del Michigan che, in collaborazione con l’Università di Tokyo, hanno realizzato qualcosa di davvero sensazionale. Per la loro ricerca, pubblicata su Nature Electronics, gli scienziati hanno costruito una stanza per la ricarica wireless dei dispositivi elettronici.

La ricarica wireless basata sull’induzione elettromagnetica

La ricarica wireless non è di certo una pratica nuova. Anzi, ultimamente sono sempre di più gli smartphone dotati di questa funzione. I dispositivi che noi conosciamo, però, sono basati sulla ricarica ad induzione. Tale sistema crea un campo magnetico all’interno di una bobina presente nel dispositivo. Questa, a sua volta, genera un movimento di elettroni che dà luogo alla corrente. Nel caso della ricarica wireless ad induzione, però, il campo magnetico si crea necessariamente grazie al contatto tra la piastra di ricarica e il dispositivo. Quello dei ricercatori dell’Università di Tokyo, invece, è un sistema di ricarica wireless che non richiede alcun contatto diretto tra il dispositivo e la fonte di energia. In altre parole, hanno realizzato una stanza che consente la ricarica wireless a tutti i dispostivi elettronici presenti al suo interno.

La stanza per la ricarica wireless dei dispositivi elettronici costruita dai ricercatori dell'Università di Michigan, in collaborazione con l'Università di Tokyo.
Credits: "Michigan News" e The University of Tokyo.
La stanza per la ricarica wireless costruita dai ricercatori si trova all’Università di Tokyo. Credits: “Michigan News” e The University of Tokyo.

La stanza per la ricarica wireless dei dispositivi elettronici

A differenza di altri sistemi wireless basati sulle microonde, oppure sulla tecnica del Beamforming, questa stanza “magica” utilizza un sistema innovativo per generare un campo magnetico. La stanza, 9 metri quadrati di area e 2 metri di altezza, è fatta interamente in metallo: pareti, soffitto e pavimento sono enormi superfici conduttrici. Una bobina elettromagnetica (ricordate il solenoide degli esercizi di fisica?) viene alimentata da un generatore di corrente alternata con una frequenza di 1.34 MHz. In questo modo, la bobina genera un campo magnetico che si propaga all’interno di tutta la stanza, e nelle pareti. Questo fa sì che lungo tutte le superfici della stanza circoli una corrente elettrica responsabile, a sua volta, della generazione di un altro campo magnetico.

Un campo magnetico indotto per generare elettricità

È proprio questo nuovo campo magnetico (chiamato “indotto”) che rende l’ambiente adatto per la ricarica wireless. A migliorare ulteriormente le prestazioni conduttive della stanza ci pensano dei condensatori posizionati all’interno di alcune cavità delle pareti. In questo modo, a differenza di altri simili sistemi di alimentazione wireless, il volume di spazio attraversato dal campo magnetico aumenta, insieme alla potenza trasmessa. Non solo, i dispositivi possono trovarsi in qualunque angolo della stanza e risentire della ricarica wireless senza problemi. Tutto ciò non è banale.

Stanza per la ricarica wireless dei dispositivi elettronici. Condensatori utilizzati all'interno delle cavità delle pareti nella stanza "magica". Credits: "Michigan News" e The University of Tokyo.
Condensatori utilizzati all’interno delle cavità delle pareti nella stanza “magica”. Credits: “Michigan News” e The University of Tokyo.

Due campi magnetici 3D per arrivare in ogni anglo della stanza e consentire ai dispositivi la ricarica wireless

I campi magnetici, infatti, tendono a disporsi su linee circolari e questo crea delle regioni scoperte (come, ad esempio, gli angoli). Per risolvere tale problema, in questa stanza vengono generati due campi magnetici separati: il primo che parte dal centro e il secondo che si propaga tra le pareti adiacenti. In questo modo tutti i punti morti vengono eliminati e un dispositivo può trovarsi potenzialmente in qualsiasi punto. Per ricevere energia elettrica, i dispositivi presenti nella stanza necessitano di un’altra bobina (di ricezione) per intercettare il campo magnetico e consentire la ricarica wireless. Così facendo, sfruttando alcune semplici proprietà elettromagnetiche è possibile fornire energia a qualsiasi dispositivo elettronico, senza necessità di collegamenti via cavo.

Stanza per la ricarica wireless dei dispositivi elettronici. Lampada a LED alimentata dalla bobina di ricezione grazie al campo magnetico generato all'interno della stanza.  Credits: "Michigan News" e The University of Tokyo.
Lampada a LED alimentata dalla bobina di ricezione grazie al campo magnetico generato all’interno della stanza. Credits: “Michigan News” e The University of Tokyo.

Tutto bello, ma funziona?

Durante i test, i ricercatori sono riusciti a trasferire almeno 50 Watt di potenza con un’efficienza del 98%. Essi sono convinti, inoltre, che tale tecnologia possa essere implementata senza problemi durante la costruzione di nuovi fabbricati, anche se la strada è ancora lunga. I ricercatori dell’Università del Michigan stanno lavorando alla costruzione di un edificio all’interno del campus, che utilizzeranno per continuare i loro esperimenti.

Il futuro della ricarica wireless a induzione elettromagnetica parla 3D

Questo sistema rappresenta il futuro della ricarica wireless, superando tutte le limitazioni sia delle tecniche di ricarica via cavo, che di quelle a induzione. Le prime, cosiddette “mono-dimensionali”, fanno riferimento a quelle che usiamo ogni giorno e necessitano di un collegamento diretto tra dispositivo e caricatore. Le tecniche di ricarica a induzione, chiamate anche “bi-dimensionali” sono senza fili ma richiedono comunque un contatto diretto tra la superfice di carica e il dispositivo. Grazie alla ricarica wireless basata sulla propagazione di un campo magnetico all’interno di tutto l’ambiente, invece, i dispositivi possono essere ricaricati in qualunque parte della stanza.

Dannoso? No, utile per migliorare la salute

Utilizzando dei manichini anatomici gli scienziati hanno anche osservato che non vengono superati i limiti imposti dalle linee guida della Commissione Federale delle Comunicazioni Statunitense. Questo vuol dire che il campo magnetico generato all’interno della stanza non è nocivo per l’uomo. Anzi, questa tecnologia può addirittura essere utile per fornire energia a pacemaker o qualsiasi altro impianto artificiale utilizzato da pazienti con patologie. Ancora, altre applicazioni possono coinvolgere magazzini in cui robot mobili si alimentano mentre svolgono le loro mansioni. Insomma, il sogno di Nikola Tesla di voler creare un’onda elettromagnetica che viaggi intorno al mondo nella ionosfera, potrebbe diventare ben presto realtà.