Các nhà khoa học đến từ Viện nghiên cứu Fraunhofer của Đức vừa giới thiệu một phương pháp mới cho phép truyền điện năng không cần dây dẫn trong khoảng cách ngắn. Mô phỏng cách truyền điện không dây Công trình của các nhà khoa học Đức nói trên được sáng lập trên sự tương tác của từ trường. Trong môđu...
Các nhà khoa học đến từ Viện nghiên cứu Fraunhofer của Đức vừa giới thiệu một phương pháp mới cho phép truyền điện năng không cần dây dẫn trong khoảng cách ngắn.
Mô phỏng cách truyền điện không dây
Công trình của các nhà khoa học Đức nói trên được sáng lập trên sự tương tác của từ trường.
Trong môđun, một động cơ nhỏ sẽ tác động lên nam châm để tạo ra dòng điện từ trường biến thiên.
Từ trường biến thiên này tác động lên một nam châm nhỏ trong thiết bị nhận năng lượng, khi đó buộc nam châm đó tự quay. Kết quả là tạo ra một dòng điện.
Các nhà nghiên cứu cho biết họ có thể truyền 100 milliwatt điện năng không cần dây dẫn trong khoảng 50cm.
Công nghệ mới này tương lai có thể sẽ thay thế được một số thiết bị y tế hiện nay như viên nang nội soi.
Thiết bị này có tác dụng truyền hình ảnh của đường tiêu hóa và các bộ phận cấy ghép cần được truyền dinh dưỡng lên màn hình theo dõi.
Ngoài ra, phương pháp trên còn có ích trong các loại thiết bị năng lượng thấp và cảm biến, những thiết bị không thể truyền dinh dưỡng bằng phương pháp truyền thống.
Trên thực tế còn một vài phương pháp truyền điện năng không cần dây dẫn khác nữa.
Trong số đó là phương pháp cảm ứng điện từ: dòng điện xoay chiều khi đi qua cuộn dây sơ cấp sẽ tạo ra từ trường tác động lên cuộn dây thứ cấp gây cảm ứng một dòng điện trong đó.
Để phương pháp trên đạt được hiệu quả cao, sự tương tác cần phải được xảy ra trong một khoảng cách gần.
Các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu Fraunhofer của Đức vừa giới thiệu một phương pháp truyền điện năng không cần dây dẫn, hoạt động trong khoảng cách ngắn và hướng tới những thiết bị tiêu thụ ít năng lượng. Điểm đáng chú ý của công nghệ nằm ở cách nó khai thác sự tương tác giữa các từ trường, thay vì đưa dòng điện trực tiếp qua một sợi dây nối giữa nguồn phát và thiết bị nhận. Nhờ cơ chế này, năng lượng có thể vượt qua khoảng trống khoảng 50cm, mở ra thêm lựa chọn cho những ứng dụng mà dây dẫn thông thường gây vướng víu, hạn chế thao tác hoặc khó đưa vào cơ thể.
Trong môđun phát, một động cơ nhỏ tác động lên nam châm, khiến nam châm chuyển động và tạo ra dòng điện từ một từ trường biến thiên theo thời gian. Từ trường biến thiên đó lan tới một nam châm nhỏ đặt trong thiết bị nhận năng lượng, buộc nam châm bên nhận tự quay dưới tác động của trường biến đổi. Chuyển động quay của nam châm trong thiết bị nhận tiếp tục được biến đổi thành dòng điện, qua đó cung cấp năng lượng cho mạch hoặc linh kiện mà không cần kết nối vật lý trực tiếp.
Các nhà nghiên cứu cho biết hệ thống thử nghiệm đã truyền được 100 milliwatt điện năng không cần dây dẫn, với khoảng cách hoạt động đạt xấp xỉ 50cm trong điều kiện phù hợp. Con số này chưa hướng tới những thiết bị công suất lớn, nhưng đủ đáng chú ý đối với cảm biến, thiết bị y tế nhỏ và các hệ thống điện tử vốn chỉ cần mức năng lượng thấp. Một hướng ứng dụng được nhắc tới là viên nang nội soi, thiết bị có thể đi qua đường tiêu hóa rồi truyền hình ảnh các khu vực bên trong cơ thể tới màn hình theo dõi.
Với những thiết bị dạng này, việc truyền năng lượng không dây có thể giúp giảm phụ thuộc vào các phương án cấp điện truyền thống, vốn khó triển khai trong không gian cơ thể. Công nghệ cũng được xem xét cho các bộ phận cấy ghép cần nhận năng lượng hoặc dinh dưỡng, bởi thiết bị bên trong cơ thể không dễ tiếp cận để thay pin hay nối thêm dây. Nếu được phát triển phù hợp, hệ thống có thể hỗ trợ nhiều thiết bị năng lượng thấp hoạt động ổn định hơn, đồng thời giúp cảm biến đặt ở vị trí khó tiếp cận duy trì chức năng lâu dài.
Những cảm biến như vậy có thể được lắp trong môi trường chật hẹp hoặc khu vực không thuận tiện kéo dây, nơi việc bảo trì bằng phương pháp thông thường thường tốn công và thiếu linh hoạt. Dù vậy, phương pháp mới của Fraunhofer không phải nỗ lực duy nhất nhằm đưa điện năng vượt qua khoảng không mà không cần dây dẫn nối thẳng. Một kỹ thuật quen thuộc hơn là cảm ứng điện từ, trong đó dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sơ cấp tạo ra từ trường tác động lên cuộn dây thứ cấp.
Từ trường do cuộn dây sơ cấp sinh ra làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây thứ cấp, nhờ đó năng lượng được chuyển sang thiết bị nhận mà không cần hai cuộn dây tiếp xúc. Nguyên lý này đã trở thành nền tảng của nhiều hệ thống truyền năng lượng không dây, tuy nhiên hiệu quả thường phụ thuộc mạnh vào vị trí và khoảng cách giữa các bộ phận. Để cảm ứng điện từ hoạt động hiệu quả, cuộn dây phát và cuộn dây nhận cần đặt khá gần nhau, bởi tương tác từ trường sẽ suy giảm khi khoảng cách giữa chúng tăng lên.
Phương pháp dựa trên nam châm chuyển động của các nhà khoa học Đức cũng khai thác từ trường, nhưng mô phỏng cách truyền năng lượng khác với cấu hình hai cuộn dây quen thuộc. Trong môđun phát, động cơ nhỏ không chỉ tạo chuyển động cơ học đơn thuần mà còn làm thay đổi trạng thái từ trường, tạo điều kiện để năng lượng được truyền tới nam châm bên nhận. Ở phía nhận, nam châm nhỏ quay theo tác động của từ trường biến thiên, sau đó tạo ra dòng điện đủ cho các thiết bị có nhu cầu năng lượng khiêm tốn.
Khả năng truyền 100 milliwatt qua khoảng 50cm cho thấy công nghệ có thể hữu ích trong những trường hợp dây dẫn truyền thống khó sử dụng, dù chưa thay thế mọi hệ thống hiện có. Giá trị của phát minh vì thế nằm ở các ứng dụng chuyên biệt, đặc biệt những nơi thiết bị cần hoạt động từ xa, nằm trong cơ thể hoặc gắn tại vị trí khó đưa dây tới. Từ viên nang nội soi đến cảm biến và bộ phận cấy ghép, hệ thống truyền điện không dây này đem lại một hướng tiếp cận mới cho thiết bị nhỏ, khiêm tốn về công suất nhưng quan trọng trong thực tế.
