Por primera vez, unos ingenieros han ideado una forma de cargar de manera segura un teléfono inteligente de forma inalámbrica mediante un láser.
Un haz estrecho e invisible emitido por un láser puede transmitir energía a un teléfono inteligente situado al otro lado de una habitación y, potencialmente, cargar su batería tan rápido como un cable USB convencional.
Para lograrlo, los investigadores instalaron una fina célula de potencia en la parte posterior de un teléfono inteligente, que lo carga con la energía del láser.
El equipo también diseñó a medida varias medidas de seguridad, entre ellas un disipador de calor metálico de placa plana en el teléfono inteligente para disipar el exceso de calor del láser y un mecanismo basado en reflectores que apaga el láser si alguien intenta cruzarse en la trayectoria del haz de carga.
La seguridad, lo primero
«La seguridad fue nuestro principal objetivo al diseñar este sistema», afirma el coautor Shyam Gollakota, profesor asociado de informática e ingeniería en la Universidad de Washington.
«Hemos diseñado, construido y probado este sistema de carga basado en láser con un mecanismo de seguridad de respuesta rápida, que garantiza que el emisor láser interrumpa el haz de carga antes de que una persona entre en su trayectoria», afirma Gollakota.
«Además del mecanismo de seguridad que interrumpe rápidamente el haz de carga, nuestra plataforma incluye un disipador de calor para disipar el exceso de calor generado por el haz», afirma Arka Majumdar, profesor adjunto de física e ingeniería eléctrica, quien también es investigador del Instituto de Ingeniería y Ciencias Moleculares.
«Estas características dotan a nuestro sistema de carga inalámbrica de los sólidos estándares de seguridad necesarios para aplicarlo en diversos entornos comerciales y domésticos».
¿Cómo funciona?
El haz de carga lo genera un emisor láser configurado para producir un haz enfocado en el espectro del infrarrojo cercano. El sistema de seguridad que apaga el haz de carga se basa en «haces de protección» láser inocuos y de baja potencia, emitidos por otra fuente láser situada junto al haz de carga y que lo «rodea» físicamente.
Unos «reflectores retrorreflectantes» impresos en 3D a medida y colocados alrededor de la célula de potencia del teléfono inteligente reflejan los haces de protección hacia los fotodiodos del emisor láser. Los haces de protección no transmiten energía al teléfono, pero su reflejo desde el teléfono hasta el emisor permite utilizarlos como «sensor» para detectar si una persona va a cruzarse en la trayectoria del haz de protección.
El emisor láser está diseñado para interrumpir el haz de carga cuando cualquier objeto —como una parte del cuerpo de una persona— entra en contacto con uno de los haces de protección. La interrupción de estos haces puede detectarse con la suficiente rapidez como para percibir los movimientos más veloces del cuerpo humano, según décadas de estudios fisiológicos.
«Los haces de protección pueden actuar más rápido que nuestros movimientos más veloces porque se reflejan hacia el emisor a la velocidad de la luz», afirma Gollakota. «Por eso, cuando el movimiento de una persona interrumpe el haz de protección, el emisor lo detecta en una fracción de segundo y activa un obturador que bloquea el haz de carga antes de que la persona pueda entrar en contacto con él».
Se espera que la próxima generación de dispositivos ópticos a nanoescala funcione con frecuencias de gigahercios, lo que podría reducir a nanosegundos el tiempo de respuesta del obturador, añade Majumdar.
El haz carga el teléfono inteligente mediante una célula de potencia instalada en la parte posterior del teléfono. Un haz estrecho puede suministrar de forma constante 2 W de potencia a un área de 15 pulgadas cuadradas desde una distancia de hasta 4,3 metros, o unos 14 pies. Sin embargo, el emisor puede modificarse para ampliar el radio del haz de carga y cubrir un área de hasta 100 centímetros cuadrados desde una distancia de 12 metros, o casi 40 pies. Esta ampliación significa que el emisor podría orientarse hacia una superficie de carga más amplia, como una encimera o una mesa, y cargar un teléfono inteligente colocado en cualquier punto de esa superficie.
Una carga más inteligente
Los investigadores programaron el teléfono inteligente para que señalara su ubicación emitiendo «chirridos» acústicos de alta frecuencia. Nuestros oídos no los perciben, pero son lo bastante intensos como para que los capten los pequeños micrófonos del emisor láser.
«Este sistema de localización acústica permite que el emisor detecte cuándo un usuario ha colocado el teléfono inteligente sobre la superficie de carga, que puede ser un lugar corriente, como una mesa al otro lado de la habitación», afirma Vikram Iyer, coautor principal y estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica.
Cuando el emisor detecta el teléfono inteligente sobre la superficie de carga deseada, enciende el láser para empezar a cargar la batería.
«El haz transmite energía tan rápido como cuando conectas el teléfono inteligente a un puerto USB», afirma Elyas Bayati, coautor principal y estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica. «Pero, en vez de enchufar el teléfono, basta con dejarlo sobre una mesa».
Para evitar que el haz de carga sobrecaliente el teléfono inteligente, el equipo también colocó finas tiras de aluminio en la parte posterior del teléfono, alrededor de la célula de potencia. Estas tiras actúan como disipador de calor: disipan el exceso de calor del haz de carga y permiten que el láser cargue el teléfono inteligente durante horas. Incluso aprovecharon una pequeña parte de ese calor para ayudar a cargar el teléfono inteligente, instalando un generador termoeléctrico casi plano sobre las tiras disipadoras.
Los investigadores creen que sus sólidas características de seguridad y disipación del calor podrían permitir la carga inalámbrica mediante láser de otros dispositivos, como cámaras, tabletas e incluso ordenadores de sobremesa. De ser así, quizá algún día, en lugar de enchufar cada noche el teléfono inteligente, la tableta o el portátil, baste con dejarlo sobre la mesa.
