Los científicos han encontrado una forma de transmitir electricidad de manera inalámbrica a un objeto cercano en movimiento.
El método podría tener aplicaciones en el transporte, los dispositivos médicos y otros ámbitos. Por ejemplo, si los coches eléctricos pudieran recargarse mientras circulan por una autopista, la carga inalámbrica prácticamente eliminaría las preocupaciones por su autonomía y reduciría su coste, quizá convirtiendo la electricidad en el combustible estándar de los vehículos.
Carga inalámbrica de vehículos eléctricos
«Además de impulsar la carga inalámbrica de vehículos y dispositivos personales como los teléfonos móviles, nuestra nueva tecnología podría liberar de cables a la robótica en la fabricación, que también está en movimiento», afirma Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica de la Universidad de Stanford y autor principal del estudio.
En teoría, se podría conducir durante un tiempo ilimitado sin tener que detenerse para recargar…
«Aún tenemos que aumentar significativamente la cantidad de electricidad que se transfiere para cargar coches eléctricos, pero quizá no tengamos que ampliar mucho más la distancia», afirma.
El grupo se basó en una tecnología desarrollada en 2007 en el MIT para transmitir electricidad de forma inalámbrica a un objeto estacionario a una distancia de unos pocos pies. En el nuevo trabajo, el equipo transmitió electricidad de forma inalámbrica a una bombilla LED en movimiento. En esa demostración solo se transfirió una potencia de 1 milivatio, mientras que los coches eléctricos suelen necesitar decenas de kilovatios para funcionar.
El equipo trabaja ahora para aumentar considerablemente la cantidad de electricidad que se puede transferir y ajustar el sistema para ampliar la distancia de transmisión y mejorar la eficiencia.
Llegar más lejos
La carga inalámbrica de vehículos eléctricos resolvería una importante desventaja de los coches eléctricos enchufables: su limitada autonomía. Tesla Motors prevé que su próximo Model 3 pueda recorrer más de 200 millas con una sola carga, y el Chevy Bolt, que ya está a la venta, tiene una autonomía anunciada de 238 millas. Sin embargo, las baterías de los vehículos eléctricos suelen tardar varias horas en recargarse por completo. Un sistema que cargue el vehículo mientras se conduce superaría estas limitaciones.
«En teoría, se podría conducir durante un tiempo ilimitado sin tener que detenerse para recargar», explica Fan. «La esperanza es que se pueda cargar el coche eléctrico mientras se circula por la autopista. Una bobina en la parte inferior del vehículo podría recibir electricidad de una serie de bobinas conectadas a una corriente eléctrica integrada en la carretera».
Algunos expertos en transporte imaginan un sistema de autopistas automatizado en el que los vehículos eléctricos sin conductor se carguen de forma inalámbrica con energía solar u otras fuentes de energía renovable. El objetivo sería reducir los accidentes y mejorar drásticamente la fluidez del tráfico, al tiempo que se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.
La tecnología de carga inalámbrica de vehículos eléctricos también podría ayudar a la navegación GPS de los coches sin conductor. El GPS tiene una precisión de hasta unos 35 pies. Por seguridad, los coches autónomos deben situarse en el centro del carril, donde se integrarían las bobinas transmisoras, lo que proporcionaría un posicionamiento muy preciso para los satélites GPS.
Hecho con imanes
La transferencia inalámbrica de energía a media distancia se basa en el acoplamiento por resonancia magnética. Al igual que las grandes centrales eléctricas generan corrientes alternas al hacer girar bobinas de alambre entre imanes, la electricidad que circula por los cables crea un campo magnético oscilante.
Este campo también hace que los electrones de una bobina de alambre cercana oscilen, transfiriendo así energía de forma inalámbrica. La eficiencia de la transferencia mejora aún más si ambas bobinas están sintonizadas a la misma frecuencia de resonancia magnética y colocadas en el ángulo correcto.
Sin embargo, el flujo continuo de electricidad solo se puede mantener si se ajustan manualmente algunos aspectos de los circuitos, como la frecuencia, a medida que se mueve el objeto. Por tanto, la bobina transmisora de energía y la bobina receptora deben permanecer casi inmóviles, o bien el dispositivo debe sintonizarse de forma automática y continua, un proceso significativamente complejo.
Para abordar este desafío de la carga inalámbrica de vehículos eléctricos, el equipo de investigación eliminó la fuente de radiofrecuencia del transmisor y la sustituyó por un amplificador de tensión y una resistencia de realimentación disponibles en el mercado. Este sistema determina automáticamente la frecuencia adecuada para distintas distancias sin intervención humana.
«Añadir el amplificador permite transferir energía con gran eficiencia a lo largo de casi todo el alcance de tres pies, incluso cuando cambia la orientación de la bobina receptora», afirma el estudiante de posgrado Sid Assawaworrarit, autor principal del estudio. «Esto elimina la necesidad de sintonizar automática y continuamente cualquier aspecto de los circuitos».
Ajuste preciso del mecanismo de carga inalámbrica de vehículos eléctricos
Assawaworrarit puso a prueba este método de carga inalámbrica de vehículos eléctricos colocando una bombilla LED en la bobina receptora. En una configuración convencional sin sintonización activa, el brillo del LED disminuiría con la distancia.
En la nueva configuración, el brillo se mantuvo constante cuando el receptor se alejó de la fuente unos tres pies. El equipo de Fan presentó recientemente una solicitud de patente para este último avance.
El grupo utilizó un amplificador general de disponibilidad comercial, con una eficiencia relativamente baja, de aproximadamente el 10 %. Afirman que los amplificadores hechos a medida pueden elevar esa eficiencia a más del 90 %.
«Podemos replantearnos cómo suministrar electricidad no solo a nuestros coches, sino también a dispositivos más pequeños que llevamos sobre el cuerpo o dentro de él», afirma Fan. «Esto podría ser muy importante para cualquier cosa que pudiera beneficiarse de la carga dinámica e inalámbrica de vehículos eléctricos».
El TomKat Center for Sustainable Energy de Stanford financió parte del trabajo.
