CONSEJO EJECUTIVO DE TECNOLOGÍA
Los investigadores trabajan en la próxima generación de carga inalámbrica para vehículos eléctricos y dispositivos móviles.
- Las empresas y los equipos académicos están trabajando en la próxima generación de carga inalámbrica para vehículos eléctricos y dispositivos tecnológicos de consumo.
- Un equipo de Stanford anunció un sistema capaz de transferir eficientemente la energía a un dispositivo en movimiento dentro del alcance de un brazo, tecnología que algún día podría ayudar a cortar los cables de alimentación en el hogar y en la carretera.
- Las bobinas magnéticas que cargan vehículos eléctricos mientras están estacionados llegarán en 2022.
- Pero para ir a la corriente principal, la carga inalámbrica necesitará estándares internacionales e implementaciones más flexibles.
Cuando Nikola Tesla desarrolló electricidad de corriente alterna (del tipo que fluye de los enchufes de pared modernos) a fines del siglo XIX, nunca imaginó que algún día las líneas eléctricas llegarían a cruzar el mundo. Luego ideó dispositivos que podían transmitir energía de forma inalámbrica y soñó con una red global que suministrara energía e información a las máquinas en todas partes.
“Todos los ferrocarriles estarán electrificados”, dijo en una entrevista de 1926 con la revista “Collier’s”. “Pero” quizás la aplicación más valiosa de la energía inalámbrica será la propulsión de máquinas voladoras, que no llevarán combustible ”.
Tesla tenía la mitad de razón. Las redes de teléfonos celulares de hoy en día permiten la comunicación sin cables, pero una red mundial de energía inalámbrica sigue siendo esquiva, y probablemente imposible en la forma que él imaginó. Sin embargo, compañías como WiTricity, con sede en Massachusetts, y la nueva empresa israelí Electron, así como equipos académicos, continúan trabajando hacia un mundo con menos cables, uno que se dé cuenta de aspectos específicos de la visión de Tesla.
Pero para ir a la corriente principal, la carga inalámbrica necesitará estándares internacionales e implementaciones más flexibles. Ambos están en camino. Por ejemplo, el cobro mientras se estacione llegará a los vehículos de consumo en 2022. También existe una tecnología más versátil en el laboratorio. Los enfoques de carga inalámbrica estándar funcionan mejor entre dos objetos a una distancia fija, pero en abril un equipo de Stanford anunció un sistema capaz de transferir eficientemente la energía a un dispositivo en movimiento dentro del alcance del brazo, tecnología que algún día podría ayudar a cortar los cables de alimentación en el hogar y en la carretera. .
“Esto atraerá mucho interés de la industria”, dice Younes Ra’di , investigador de la Universidad de la Ciudad de Nueva York que ha demostrado la misma técnica independientemente del grupo de Stanford. Esta investigación “creó una nueva dirección en el diseño de la transferencia inalámbrica de energía que podría ayudar a construir una nueva generación de sistemas inalámbricos de transferencia de energía”.
Las ondas electromagnéticas transportan energía e información, por lo que no hay una razón teórica de que las compañías de telecomunicaciones no puedan transmitir energía como lo hacen con videos y música de gatos. Pero abundan los desafíos prácticos. Los experimentos de transferencia de energía de largo alcance generalmente involucran haces de microondas enfocados fuertemente en un receptor, imagina cargar un panel solar con un puntero láser, que no se adapta bien a millones de dispositivos.
Sin embargo, en distancias cortas, un enfoque diferente hace que la carga inalámbrica generalizada sea más práctica. Un campo magnético que vibra en una frecuencia especial puede hacer que un campo magnético cercano se tambalee en respuesta, de la misma manera que el tono correcto puede romper una copa de vino.
A través de este efecto, una bobina magnética puede conducir una corriente eléctrica en un dispositivo conectado a una bobina asociada, como demostró un equipo de investigadores del MIT en 2007 , mejorando las ideas que Tesla fue pionera. El grupo dividió la tecnología en una nueva empresa en Watertown, Massachusetts, WiTricity, cuyas bobinas de carga se han abierto camino desde una computadora portátil y vehículos eléctricos .
La técnica ofrece grandes cantidades de energía con eficiencia similar a un cable, pero el enlace entre las bobinas puede ser delicado. Perturbar el sistema cambia la frecuencia de la vibración magnética, rompiendo la conexión inalámbrica para tales configuraciones en general. “Si mueve el transmisor o el receptor aunque sea un poco, pierde el efecto”, dice Ra’di. [Un portavoz de WiTricity señala que la compañía ha encontrado formas alternativas de compensar este efecto].
“Si mueve el transmisor o el receptor aunque sea un poco, pierde el efecto”, dice Ra’di.
En 2017 y 2018, dos grupos, uno en la Universidad de Stanford y otro encabezado por Ra’di de forma independiente, tropezaron con soluciones similares. Inspirados en un concepto teórico de la óptica, configuraron el transmisor y el receptor de tal manera que las dos unidades funcionaran juntas como una sola entidad. Cuando un lado se mueve (cambiando la frecuencia de vibración ideal), el cambio provoca una reacción casi instantánea de su compañero, explica Sid Assawaworrarit, uno de los investigadores de Stanford.
Esta flexibilidad permite que el sistema explote las leyes físicas para buscar rápida y automáticamente la frecuencia más eficiente, sin necesidad de software o ajustes manuales. Pero fue un cerdo poderoso. Por cada vatio que los grupos bombeaban al transmisor, solo alrededor de una décima de vatio llegaba al receptor.
Ahora el grupo de Stanford también ha resuelto ese problema, según una investigación publicada en “Nature Electronics”. Un amplificador rediseñado les ha permitido transmitir 10W (más que suficiente para cargar un teléfono o tableta) más de 2 pies con un 92% de eficiencia. Más significativamente, obtuvieron el mismo rendimiento a distancias más cortas, así como cuando Assawaworrarit balanceó una de las bobinas de 2 pies de ancho de un lado a otro tan rápido como pudo. Él dice que el sistema transmitiría potencia incluso si una bobina se acercara a 200 mph, según las simulaciones.
Ra’di llama a este rendimiento “sorprendente”, especialmente cuando se compara con sistemas más rígidos que funcionan mejor a una sola distancia, o sistemas ineficientes donde se pierde la mayor parte de la energía. “Ese es un gran paso adelante”, dice.
El transmisor crea efectivamente una burbuja de energía de tamaño similar que puede cargar cualquier dispositivo equipado con bobina dentro del alcance, y requiere poca energía para mantenerse. Estas características se prestan a una variedad de aplicaciones potenciales, desde carreteras electrificadas hasta fábricas donde los robots móviles nunca necesitan detenerse y cargarse. Ra’di, por su parte, se imagina caminando por la puerta al final del día y dejándose caer en el sofá para cargar su teléfono, en lugar de correr hacia la pared para enchufarlo.
Y según Assawaworrarit, el sistema podría manejar mucha más potencia utilizando piezas estándar. Un desafío más grande para la ampliación sería la molestia de instalar bobinas lo suficientemente grandes. Llenar una habitación con energía inalámbrica, por ejemplo, requeriría cubrir la mayor parte del piso.
Comercializando nueva tecnología
Además, el camino desde el banco de laboratorio hasta el mundo real es largo y sinuoso, como Alex Gruzen, CEO de WiTricity, lo sabe muy bien. Él llama al enfoque de carga adaptativa “elegante” y aplaude el trabajo de los grupos como moviéndose en una “gran dirección”, pero sugiere que las soluciones más simples ya se están acercando a la comercialización, especialmente para los automóviles eléctricos.
Según un informe de McKinsey & Co., los vehículos eléctricos se están convirtiendo en un mercado importante, y mantenerlos cargados requerirá instalar decenas de millones de estaciones de carga colectivamente, con un valor de casi $ 50 mil millones para 2030 (frente a los $ 5 mil millones actuales). Los lugares de estacionamiento inalámbricos, si funcionan bien con una variedad de vehículos, están preparados para ser parte de la fiebre del oro. Las bobinas de carga de WiTricity, que China eligió para su estándar inalámbrico nacional en mayo, pueden llegar a los autos deportivos y SUV estacionados por igual con un espacio libre de 4 a 10 pulgadas, dice Gruzen, sin ajustar significativamente su frecuencia.
La carga de vehículos en movimiento también está sobre la mesa con la tecnología existente, ya que la distancia entre el carro de un automóvil y la carretera se mantiene bastante constante. La compañia de carga inalámbrica Qualcomm Halo, que adquirió WiTricity el año pasado, ha construido una pista de prueba de 300 pies en Francia que puede cargar autos que conducen a velocidades de autopista. Y la nueva empresa israelí Electreon está electrificando tramos cortos de carretera en Israel y Suecia.
Las bobinas magnéticas podrían permitir estaciones de carga inalámbrica en el hogar eventualmente, Gruzen está de acuerdo. Pero por ahora se ha centrado en reunir a los fabricantes de automóviles en torno a un único estándar inalámbrico que permitirá la proliferación de lugares de estacionamiento y carriles de carretera que energizan los vehículos que se encuentran sobre ellos.
Toyota obtuvo la licencia de la tecnología WiTricity en 2011, y BMW lanzó una opción de carga inalámbrica en Alemania en 2018 por alrededor de $ 3,500 ( un programa piloto limitado llegó a California el verano pasado). Gruzen dice que otros fabricantes de automóviles importantes se han comprometido a lanzar modelos con tecnología WiTricity en 2022. Tesla (el fabricante de automóviles) parece tener otros planes, con un enchufe robótico “serpiente” en desarrollo desde 2015.
Si los fabricantes de automóviles pueden optar por una tecnología estándar , las estaciones de carga automáticas omnipresentes permitirían a los vehículos eléctricos ir más lejos con baterías más pequeñas, que recuerdan a los imaginarios aviones libres de combustible de Tesla. La carga con manos libres también se volverá más esencial si los automóviles se vuelven más autónomos, ya que no podrán enchufarse.
“Se trata de acelerar el despliegue de vehículos eléctricos”, dice Gruzen, “haciéndolos trabajar en más y más lugares”.
Para los investigadores que desarrollan la nueva técnica adaptativa, las tecnologías son complementarias: las conexiones más resistentes son solo una herramienta más para expandir las situaciones en las que la energía inalámbrica se vuelve factible. Los sistemas de autoajuste también podrían cargar múltiples dispositivos móviles a la vez, dice Ra’di, como diferentes teléfonos en diferentes bolsillos.
Se espera que el mercado actual de carga inalámbrica , que se limita a las almohadillas que crean pequeñas superficies de carga, crezca un 30% por año, llegando a $ 27 mil millones para 2025. Queda por determinar si los futuros consumidores instalarán infraestructura adicional a cambio de áreas de carga más grandes. visto
Eventualmente, imagina Ra’di, el poder llenará la casa junto con el Wi-Fi: la visión de Tesla del mundo en 1926 es pequeña. “En el futuro, la investigación irá hacia la dirección de una pequeña caja en la esquina”, dice. “No tienes que quedarte a cierta distancia; simplemente caminas y cargará tu teléfono”.
Corrección: Esta historia se actualizó para reflejar que Toyota otorgó la licencia de la tecnología WiTricity en 2011.