Ved hjælp af en laser til trådløst at oplade en smartphone sikkert i et rum

Selvom mobile enheder som tablets og smartphones lader os kommunikere, arbejde og få adgang til oplysninger trådløst, deres batterier skal stadig oplades ved at sætte dem i en stikkontakt. Men ingeniører ved University of Washington har for første gang udviklet en metode til sikkert at oplade en smartphone trådløst ved hjælp af en laser.

Som teamet rapporterer i et papir, der blev offentliggjort online i december i Procedure fra Foreningen for Computermaskiner på Interaktiv , Mobil, Bærbare og allestedsnærværende teknologier, en pil, usynlig stråle fra en laseremitter kan levere opladning til en smartphone, der sidder på tværs af et rum - og kan muligvis oplade en smartphone lige så hurtigt som et standard USB -kabel. For at opnå dette, holdet monterede en tynd strømcelle på bagsiden af ​​en smartphone, som oplader smartphonen ved hjælp af strøm fra laseren. Ud over, teamets specialdesignede sikkerhedsfunktioner - herunder et metal, fladpladekølelegeme på smartphonen for at sprede overskydende varme fra laseren, samt en reflektorbaseret mekanisme til at lukke for laseren, hvis en person forsøger at bevæge sig i ladestrålens vej.

"Sikkerhed var vores fokus i designet af dette system, "sagde medforfatter Shyam Gollakota, en lektor i UW's Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering. "Vi har designet, konstrueret og testet dette laserbaserede opladningssystem med en sikkerhedsmekanisme med hurtig reaktion, som sikrer, at laseremitteren vil afslutte ladestrålen, før en person kommer ind i laserens vej. "

Gollakota og medforfatter Arka Majumdar, en UW adjunkt i fysik og elektroteknik, ledet teamet, der designede dette trådløse opladningssystem og dets sikkerhedsfunktioner.

"Ud over sikkerhedsmekanismen, der hurtigt afslutter ladestrålen, vores platform indeholder en kølelegeme til at bortlede overskydende varme, der genereres af ladestrålen, "sagde Majumdar." Disse funktioner giver vores trådløse opladningssystem de robuste sikkerhedsstandarder, der er nødvendige for at anvende det på en række kommercielle og hjemlige indstillinger. "

Opladningsstrålen genereres af en laseremitter, som teamet konfigurerede til at producere en fokuseret stråle i det nær-infrarøde spektrum. Sikkerhedssystemet, der slukker for ladestrålen, er centreret om lavt strømforbrug, harmløse laser "beskyttelsesstråler, "som udsendes af en anden laserkilde, der er samlokaliseret med ladelaserstrålen og fysisk" omgiver "ladestrålen. Brugerdefinerede 3D-printede" retroreflektorer "placeret omkring strømcellen på smartphonen afspejler beskyttelsesstrålerne tilbage til fotodioder på laserstråleren. Vagtstrålerne leverer ingen gebyrer til telefonen selv, men deres refleksion fra smartphonen tilbage til emitteren gør det muligt for dem at fungere som en "sensor", når en person vil bevæge sig i beskyttelsesstrålens vej. Forskerne designede laseremitteren til at afslutte ladestrålen, når et objekt - såsom en del af en persons krop - kommer i kontakt med en af ​​beskyttelsesbjælkerne. Blokeringen af ​​beskyttelsesbjælkerne kan registreres hurtigt nok til at detektere de hurtigste bevægelser i menneskekroppen, baseret på årtiers fysiologiske undersøgelser.

"Vagterstrålerne er i stand til at handle hurtigere end vores hurtigste bevægelser, fordi disse stråler reflekteres tilbage til emitteren med lysets hastighed, "sagde Gollakota." Som et resultat, når beskyttelsesstrålen afbrydes af en persons bevægelse, senderen registrerer dette inden for en brøkdel af et sekund og anvender en lukker til at blokere ladestrålen, før personen kan komme i kontakt med den. "

Den næste generation af nano-skala optiske enheder forventes at fungere med Gigahertz-frekvens, hvilket kan reducere lukkerens responstid til nanosekunder, tilføjede Majumdar.

Strålen oplader smartphonen via en strømcelle monteret på bagsiden af ​​telefonen. En smal stråle kan levere en stabil 2W effekt til 15 kvadrat-tommer område fra en afstand på op til 4,3 meter, eller omkring 14 fod. Men emitteren kan ændres til at udvide ladestrålens radius til et område på op til 100 kvadratcentimeter fra en afstand på 12 meter, eller næsten 40 fod. Denne udvidelse betyder, at emitteren kunne være rettet mod en bredere ladningsflade, såsom en bordplade eller bordplade, og oplade en smartphone placeret hvor som helst på den overflade.

Forskerne programmerede smartphonen til at signalere dens placering ved at udsende højfrekvente akustiske "kvidre". Disse er uhørlige for vores ører, men følsom nok til, at små mikrofoner på lasersenderen kan opfange.

"Dette akustiske lokaliseringssystem sikrer, at senderen kan registrere, når en bruger har sat smartphonen på opladningsfladen, som kan være en almindelig placering som et bord på tværs af rummet, "sagde medlederforfatter Vikram Iyer, en UW -doktorand i elektroteknik.

Når senderen registrerer smartphonen på den ønskede opladningsflade, den tænder laseren for at begynde at oplade batteriet.

"Strålen leverer opladning lige så hurtigt som at tilslutte din smartphone til en USB -port, "sagde medlederforfatter Elyas Bayati, en UW -doktorand i elektroteknik. "Men i stedet for at tilslutte din telefon, du lægger det simpelthen på et bord. "

For at sikre, at ladestrålen ikke overophedes smartphonen, teamet placerede også tynde aluminiumstrimler på bagsiden af ​​smartphonen omkring strømcellen. Disse strimler fungerer som en køleplade, fjerner overskydende varme fra ladestrålen og lader laseren oplade smartphonen i timevis. De høstede endda en lille mængde af denne varme for at hjælpe med at oplade smartphonen - ved at montere en næsten flad termoelektrisk generator over kølelegemestrimlerne.

Forskerne mener, at deres robuste sikkerheds- og varmeafledningsfunktioner kan muliggøre trådløs, laserbaseret opladning af andre enheder, såsom kameraer, tablets og endda stationære computere. Hvis så, opgaven før sengetid med at tilslutte din smartphone, tablet eller bærbar computer kan en dag blive erstattet med et enklere ritual:at placere det på et bord.