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Sala especialmente projetada fornece carga elétrica a dispositivos sem precisar de cabos

Nova tecnologia permite que celulares e lâmpadas recebam energia sem contato direto. Porém, segurança do sistema ainda precisa de aperfeiçoamento antes de uso comercial ser liberado.
Sala carregamento sem fio

Modelo de sala de carregamento sem fio. Créditos: Takuya Sasatani e Yoshihiro Kawahara Universidade de Tóquio

Que tal se o seu smartphone ou notebook começar a carregar sozinho assim que você entrasse pela porta? Pesquisadores desenvolveram uma sala especialmente construída que pode transmitir energia para uma variedade de dispositivos eletrônicos dentro dela, carregando telefones e alimentando eletrodomésticos sem plugues ou baterias.

Este sistema “permite que haja uma transferência segura e de alta potência de grandes volumes de energia sem a necessidade de fios”, disse Takuya Sasatani, professor da Escola de Graduação em Engenharia da Universidade de Tóquio e autor principal do novo estudo publicado na Nature Electronics. A sala depende do mesmo fenômeno de carregadores de telefones sem fio de curto alcance: uma bobina de metal, colocada em um campo magnético, que produzirá uma corrente elétrica.

Os totens de carregamento existentes usam eletricidade de uma tomada de parede para produzir um campo magnético em uma pequena área. Os smartphones mais recentes são equipados com uma bobina de metal. Quando esse modelo é colocado no totem, a interação gera corrente suficiente para alimentar a bateria do telefone. Mas os produtos comerciais de hoje têm uma variedade muito limitada. Se você levantá-lo ou colocar em uma capa muito grossa ao seu redor, a transferência de energia sem fio será interrompida. No entanto, se um campo magnético ocupasse uma sala inteira, qualquer telefone dentro dele teria acesso à energia sem fio.

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“A perspectiva de ter uma sala onde diversos tipos aparelhos possam energia em qualquer lugar é realmente atraente e empolgante”, diz Joshua Smith, professor de ciência da computação e engenharia elétrica da Universidade de Washington, que não esteve envolvido no novo estudo. “E este artigo é mais um passo para tornar isso possível.”

No estudo, os pesquisadores descrevem uma sala de teste personalizada de cerca de 18 m³ (aproximadamente o equivalente a um pequeno contêiner de carga). Ela foi construída com painéis de alumínio condutores com um poste de metal no meio. A equipe forneceu a sala com uma lâmpada elétrica sem fio e um ventilador, bem como itens mais prosaicos, incluindo uma cadeira, mesa e estante.

Quando os pesquisadores passaram uma corrente elétrica pelas paredes e postes de acordo dom um padrão definido, ela gerou um campo magnético tridimensional dentro do espaço. Porém, na verdade, os pesquisadores projetaram a configuração para gerar dois campos separados: um que preenche o centro da sala e outro que cobre os cantos, permitindo que qualquer dispositivo seja carregado em um espaço sem  pontos cegos.

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Ao realizar simulações e medições, Sasatani descobriu que o método poderia fornecer 50 watts de potência em toda a sala, acionando todos os dispositivos equipados com uma bobina de recepção que eles testaram: um smartphone, uma lâmpada e um ventilador . Alguma energia foi perdida na transferência, no entanto. A eficiência de entrega variou de um mínimo de 37% a um máximo de cerca de 90%, dependendo da intensidade do campo magnético em pontos específicos da sala, bem como da orientação do dispositivo.

Sem precauções, a passagem de corrente pelas paredes de metal da sala normalmente  preencheria-a com dois tipos de ondas: elétricas e magnéticas. Isso representa um problema, porque os campos elétricos podem produzir calor em tecidos biológicos e representar um perigo para os seres humanos. Então a equipe colocou dispositivos que armazenam energia elétrica nas paredes. “Capacitadores confinam os campos magnéticos seguros dentro da sala enquanto as partes perigosas ficam presas nos componentes embutidos nas paredes”, explica Sasatani.

Os pesquisadores também testaram a segurança da sala executando simulações de computador, medindo a exposição sofrida pelo corpo humano em um modelo digital da sala alimentada. Autoridades, como a Federal Communications Commission, estabeleceram padrões para a quantidade de radiação eletromagnética à qual o corpo humano pode ser exposto com segurança, e a simulação sugeriu que a absorção de energia na sala de teste permaneceria bem abaixo dos limites aceitáveis.

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“Não estamos dizendo abertamente que esta tecnologia é segura em todos os usos. Nós ainda estamos explorando”, disse o coautor do estudo Alanson Sample, professor do departamento de engenharia elétrica e ciência da computação da Universidade de Michigan. “Mas isso nos dá alguma confiança. Ainda há espaço para estarmos abaixo desse limite de energia, onde ainda podemos carregar seu telefone celular com a mesma facilidade com qual você entra em uma sala, sem ter que se preocupar com essas questões de segurança.”

Além disso, Sample sugere que uma sala de carregamento sem fio dedicada permitiria que uma variedade de dispositivos eletrônicos – sensores, robôs móveis ou mesmo implantes médicos – funcionassem em segundo plano, recarregando-se sem uma conexão por cabos.

A técnica também pode ser aplicada a situações mais específicas. “Posso imaginar que isso seja realmente útil para espaços caros e altamente equipados, como, por exemplo, uma sala de cirurgia”, diz Smith, “onde você pode imaginar ter vários instrumentos e dispositivos capazes de serem alimentados sem a necessidade de cabos”.

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Mas essas possibilidades pertecem a um futuro distante. De acordo com Sample, “é muito difícil colocar folhas de alumínio em todas as paredes. Acabamos de desenvolver uma técnica totalmente nova. Agora temos que descobrir como torná-la prática”. Ele planeja continuar pesquisando se a elaboração de salas de carregamento sem fio através do revestimento de espaços já existentes com material condutor ou de paredes especializadas que contêm camadas condutoras atenderiam às normas de construção. Enquanto isso, Sasatani espera melhorar a eficiência da transmissão de energia na sala e eliminar quaisquer pontos cegos remanescentes.

O carregamento sem fio é um conceito extremamente competitivo, com várias empresas disputando o mercado de transmissão de energia por meio de eletromagnetismo, lasers ou ondas sonoras. “Muitas pessoas estão interessadas em abordagens de formação de feixes, em que você realmente gera uma onda de rádio propagada e a direciona”, diz Smith. “A vantagem da abordagem deste artigo é que os campos são predominantemente magnéticos. Eles são mais seguro e permitem maior potência para o mesmo nível de segurança, em comparação com a transmissão de ondas de rádio em propagação, onde você tem campos elétricos e magnéticos aproximadamente iguais”. Por outro lado, aponta o pesquisador, um feixe de carga não exigiria uma sala de metal feita sob medida. Cada técnica pode ter seus próprios usos.

“Existem outros mecanismos que oferecem um alcance muito maior”, diz Sample. “Mas não há realmente um mecanismo que forneça, digamos, 10 watts de potência para qualquer lugar do ambiente”.

Sophie Bushwick

Publicado em 06/09/2021.

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