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Reportajes y análisis

El corte definitivo de los cables

Cómo funciona la alimentación y la carga inalámbrica

[20/03/2015] En la década de 1890, Nikola Tesla capturó la imaginación del mundo con su invento de la bobina Tesla, un dispositivo que podía transmitir electricidad por el aire, sin necesidad de cables. Más de 10 años después, el mundo ha respondido adaptando esta tecnología innovadora... principalmente para recargar cepillos de dientes eléctricos.

Pero las cosas están cambiando rápidamente en el mundo de la energía inalámbrica, con algunas nuevas ideas aproximándose en los últimos años. Esta es una categoría de tecnología que está por explotar, a medida que más y más fabricantes de gadgets piensan en la idea de un mundo sin cargadores sin los ladrillos de alimentación (cargadores).

Su teléfono, luces e incluso su automóvil eléctrico ¿cómo se alimentarán sin un cable? Esta es una explicación de cómo funciona la electricidad inalámbrica.

Hoy: Acoplamiento inductivo de corto alcance

Tome un dispositivo que tenga una batería en el interior y colóquelo en una estación especial de carga o póngalo en un pad de carga: Este tipo de energía inalámbrica -que la mayoría de nosotros al menos hemos visto en años recientes- es conocida como acoplamiento inductivo. Implica dos dispositivos, pero no hay electrodos visibles o puntos de contacto obvios. La tecnología gira en torno al uso de campos magnéticos para crear una corriente eléctrica.

Haga correr electricidad a través de una bobina de alambre y esto crea un campo magnético. En un escenario típico de acoplamiento inductivo, esta bobina se encuentra en la base de la estación de la unidad de carga, la cual se enchufa a la pared. Ahora tome otra bobina de cable y colóquela cerca (pero sin contacto) a la primera bobina.

En nuestro ejemplo, la segunda bobina está dentro del cepillo de dientes o del smartphone. Cuando el campo magnético de la primera bobina interactúa con la segunda, genera una corriente eléctrica. Esto es llamado inducción. La corriente no es mucha, pero -nuevamente- su cepillo de dientes no necesita mucha energía para recargar su batería interna después de que pasa dos minutos cepillándose cada día. Así que como por arte de magia, el dispositivo esta siempre totalmente cargado.

El uso del acoplamiento inductivo en los cepillos de dientes eléctricos nació por necesidad. Los electrodos expuestos no funcionan -y de hecho podían ser muy peligrosos- si se mojan. Más recientemente, a medida que la tecnología ha sido mejorada para ofrecer mayores niveles de eficiencia con componentes más pequeños, su utilidad primaria está en la comodidad. No necesita enchufar su teléfono en casa o en el auto, los acopladores inductivos ubicados estratégicamente en la casa y en el vehículo pueden ocuparse de ello por usted, automáticamente.

Mañana: Acoplamiento inductivo de largo alcance

El acoplamiento inductivo es una idea ingeniosa, pero es extremadamente de corto alcance -frecuentemente a escala de unos cuantos milímetros- lo que lo hace mínimamente útil en el mundo real. (La distancia a la que la electricidad puede viajar depende del diámetro de la bobina y de la cantidad de alambre). El grueso de la investigación hoy día se ha enfocado en maximizar la distancia a la cual la corriente puede ser inducida, minimizando la pérdida de energía con la distancia.

Investigaciones más recientes han encontrado que se puede extender el rango útil de una corriente inducida usando materiales con las mismas frecuencias de resonancia. Todos los objetos tienen una frecuencia de resonancia natural a la cual vibran. Piense en un diapasón. No importa cuán fuerte lo golpee siempre vibra a la misma frecuencia, emitiendo un sonido con el mismo tono todo el tiempo. Cuando se iguala la frecuencia de resonancia de dos bobinas en un escenario de acoplamiento inductivo, se mejora la eficiencia desde la configuración.

El diseño de circuitos de acoplamiento inductivo resonante es un poco más complejo que esto, implicando la incorporación de un capacitor a cada una de las dos bobinas de inducción. Los ingenieros pueden afinar ambos diseños de las bobinas y de los platos para alterar la frecuencia resonante. Finalmente, cuando el sistema está energizado, se genera una onda electromagnética que puede viajar de una bobina resonante a la siguiente, a distancias mayores de las que podía antes.

Los experimentos más icónicos en esta línea ocurrieron en el MIT en el 2006 y el 2007, cuando los investigadores alimentaron una foto de 60 vatios desde una distancia de dos metros usando inducción resonante. La tecnología recibió el nombre de WiTricity. Uno de los investigadores, Marin Soljacic, fundaría más tarde una compañía de electricidad inalámbrica con el mismo nombre. Hoy la compañía vende un juego de desarrollo de su sistema Prodigy por 995 dólares: "Su portal a un futuro de un mundo sin cables.

Emprendimientos comerciales

El mercado ya está lleno hasta el tope de compañías que están colocando estas tecnologías en uso, y los estándares están madurando rápidamente.

La especificación Qi está siendo desarrollada por un grupo masivo llamado el Wireless Power Consortium que incluye a Microsoft, Panasonic, Samsung, Sony, Toshiba, Verizon y más. Qi (se pronuncia chi) es realmente una implementación simple de acoplamiento inductivo diseñado para trabajar principalmente a través de dispositivos en contacto físico con otro.

Con la meta de fomentar la "carga de merienda en vehículos, en escritorios, y durante paradas breve en cafeterías, el consorcio ahora cuenta con un total del 692 productos certificados compatibles en el mercado, principalmente platos cargadores y fundas para celulares. Ikea anunció recientemente que introduciría muebles con platos de carga incorporados para smartphones y tabletas. Una nueva versión del estándar Qi extiende su rango de 7mm a 45mm a través del uso de acoplamiento resonante. Puede que eso no suene a mucho, pero hace la tecnología mucho más flexible en los tipos de lugares en los que es implementada.

Los otros dos grupos que están creando especificaciones de energía inalámbrica -la Alliance for Wireless Power (A4WP) y el Power Matters Alliance (PMA)- anunciaron recientemente que podrían fusionarse. Esto juntaría a las compañías miembro de la A4WP como Asus, Dell, Fujitsu, HP, Intel y Witricity con las compañías miembros de la PMA: Duracel, Proctor & Gambe, LG y Starbucks.

La A4WP promueve una tecnología de acoplamiento resonante llamada Rezence, la cual aún tiene que ver su despliegue comercial amplio, pero ya hay un puñado de productos certificados por la PMA en el mercado.Y Starbucks, por su parte, anunció previamente planes para desplegar pads de carga inalámbrica compatibles con PMA en las tiendas en todo el territorio de los EE.UU., después de sus exitosos proyectos piloto en Boston y San Francisco.

En última instancia, todas estas tres tecnologías son similares, pero los materiales usados difieren todos en los valores de sus frecuencias resonantes y la energía que generan. Sin embargo, es probable que esto no sea un obstáculo importante en el largo plazo. El director senior de soluciones inalámbricas de energía de Qualcom, Mark Hunsiker, señala que los fabricantes de dispositivos pueden incorporar simplemente componentes que soporten ambas tecnologías principales. "Implementar un receptor dual es relativamente sencillo, anota.

De cara hacia el futuro

¿Cómo pueden ser comercializadas las tecnologías de energía inalámbrica en el futuro? El despliegue de gigantescas bobinas de Tesla para dar energía a un vecindario es una posibilidad poco probable, pero puede haber un futuro para la energía inalámbrica allá afuera para mantener las baterías de nuestro smartphone cargadas al máximo. Con la tecnología de inducción resonante incrementando el rango de la carga inalámbrica, los fabricantes de muebles están integrando pads de carga a los escritorios, superficies de trabajo y mesas de noche.

Algún día, las superficies completas podrían estar energizadas con tecnología de carga -no solo mesas, sino también pisos y paredes. La seguridad es una preocupación en todo esto, por supuesto, porque uno de los subproductos de la electricidad inalámbrica es el calor. "En el futuro, la industria completa desea ver una experiencia similar al Wi-Fi, señala Hunsicker, "pero hay un gran desafío regulatorio ahí.

El asociado de la IEEE, Stuart Lipoff anota que en este momento "no está realmente claro qué cosa encuentra útil la gente o en qué desea invertir, pero imagina una infraestructura pública de carga que nos libraría de la tiranía del enchufe de dos horquillas. "Los semáforos en las esquinas serían un interesante punto de energía inalámbrica, tanto para los peatones como para los conductores, anota. Inclusive podría ser monetizado. "Una estación de energía podría simplemente revisar su identificación en su teléfono y cobrarle el monto de electricidad que le ha sido transferida. Con la tecnología actual de las baterías, podría cargar su batería en unos cuantos minutos mientras espera a que cambie la luz.

Los carros eléctricos son otra área en la que la tecnología ya está asomándose. En el CES de este año, dos compañías, incluyendo BMW, mostraron tecnologías de carga inalámbrica de vehículos. Simplemente estacione su auto sobre un pad en su cochera y el vehículo se cargará automáticamente.

¿Y qué hay acerca de colocar cargadores en la carretera? Aunque solo es un concepto, es una idea que podría revolucionar los viajes por carretera como los conocemos, manteniendo las baterías al máximo mientras avanzamos por la calle.