Anonim

Quadrotor UAVs utilizado para entregar energía de forma inalámbrica

Drones

David Szondy

5 de junio de 2012

2 fotos

El cuadrotor de NIMBUS Lab utiliza una resonancia magnética fuertemente acoplada para cargar dispositivos de forma remota

Los cuadrotors no solo son divertidos, sino que también son útiles para aplicaciones como la vigilancia e incluso son prometedores en la construcción de edificios. Este es un uso práctico que no habíamos pensado - carga inalámbrica remota. La gente del laboratorio NIMBUS de la Universidad de Nebraska-Lincoln está desarrollando un cuadrotor equipado con un sistema que utiliza resonancias magnéticas fuertemente acopladas para transmitir la energía de sus baterías al dispositivo receptor sin tener que hacer contacto físico. Los roboticists ven esto como una solución para alimentar dispositivos que de otra manera serían inaccesibles a las fuentes eléctricas convencionales.

La búsqueda de la carga inalámbrica.

El cuadrotor como punto de carga de vuelo es el último en el sueño de más de un siglo de eliminar los cables y las baterías para alimentar dispositivos eléctricos. Esa persona del laboratorio de física escolar, la bobina de Tesla es un ejemplo temprano de esto, ya que enciende los tubos fluorescentes a través de la habitación por lo que parece magia, pero en realidad es física básica. Su inventor, Nikola Tesla, pasó décadas a fines del siglo XIX y principios del XX en busca de formas prácticas de enviar energía eléctrica a través del aire, pero sin mucho éxito. En los años 20 y 30, uno de los grandes admiradores de Tesla, el editor estadounidense Hugo Gernsback, llenó sus revistas de ciencia ficción y ciencia popular con todo tipo de visiones de un tiempo futuro en el que las líneas eléctricas han dado paso a enormes antenas. Transmisión de energía a todo, desde máquinas de escribir hasta transatlánticos.

No es sorprendente que nada de esto sucediera porque la idea original era básicamente transmitir energía como ondas de radio de alto voltaje. Esto no solo fue increíblemente ineficiente, ya que involucró la descarga de millones de vatios en todo el lugar, con la potencia disponible disminuyendo de manera alarmante a una distancia muy corta, pero también fue extremadamente peligroso. Casi cualquier cosa hecha de metal actuaría como una antena receptora, por lo que probablemente fue bueno que nunca pasara de la etapa de especulación o muchas personas habrían sufrido el desagradable destino de ser electrocutados por su puente.

El plan alternativo era renunciar a la potencia de transmisión para transmitirla en forma de microondas o láser. Esta fue sin duda una alternativa más eficiente, aunque aún peligrosa, ya que un láser o microondas lo suficientemente potente como para ejecutar un dispositivo también puede ser peligroso para cualquier cosa que se interponga en el camino.

Quizás la única forma práctica de transmisión de energía en este momento es la inducción, un modo de transmisión de energía que se usa más comúnmente en los cepillos de dientes eléctricos sin cable y se está desarrollando para automóviles eléctricos. La inducción funciona según el mismo principio que un transformador eléctrico: dos bobinas eléctricas se colocan una cerca de la otra, una corriente alterna pasa a través de una bobina y el campo electromagnético que se colapsa continuamente debido a la alternancia establece una corriente en la segunda bobina. Utilizado en la transmisión de energía, una bobina es el transmisor y la otra está instalada en el dispositivo que se está cargando. Es un sistema que funciona, pero solo en rangos muy cortos.

Laboratorio NIMBUS cuadrotor

El cuadrotor NIMBUS funciona con un principio muy diferente llamado "resonancias magnéticas fuertemente acopladas". Eso suena intimidante, pero las resonancias acopladas son en realidad un fenómeno universal que se encuentra no solo en el electromagnetismo, sino también en la mecánica, la ingeniería civil, la acústica y muchos otros. Se basa en la idea de que muchas cosas tienen lo que se llama una frecuencia de resonancia natural. Es decir, cuando se hacen vibrar a un ritmo particular, almacenan la energía haciendo que la amplitud de las vibraciones sea cada vez más fuerte. Si la energía continúa siendo alimentada a un objeto a esa frecuencia de resonancia el tiempo suficiente, el objeto vibrará tan violentamente que se destruirá a sí mismo.

Esto se ve en el truco de la fiesta de que un cantante de ópera entrenado toque la nota correcta que hace vibrar una copa de vino a su frecuencia de resonancia. El vidrio vibra, la energía del sonido se almacena en forma de vibraciones cada vez más grandes hasta que el vidrio se rompe. Pero es más que un truco de fiesta. En 1940, se demostró que el poder de las frecuencias de resonancia tiene un efecto aterrador cuando el Puente de Tacoma Narrows en el estado de Washington fue golpeado por vientos exactamente a la frecuencia correcta (incorrecta) y el puente literalmente se hizo pedazos.

Lo importante de la resonancia, sin embargo, no es que pueda romper una copa de vino. Lo importante es que otras copas de vino con una frecuencia de resonancia diferente no se rompan. En otras palabras, solo ese vidrio en particular se ve afectado.

Resonancia magnética fuertemente acoplada

Lo mismo ocurre con los resonadores magnéticos. Esto es lo que utiliza el cuadrotor NIMBUS, pero en lugar de cantantes y copas de vino, utiliza un par de campos magnéticos que están "acoplados" o diseñados para que uno resuene en respuesta al otro. Cómo funciona es que el cuadrotor tiene un cable de cobre envuelto alrededor de él. Esto está configurado para actuar como el transmisor de potencia. El objetivo tiene un anillo de alambre similar, que está configurado para recibir. Ambos, cuando están encendidos, generan campos magnéticos. Cuando estos dos campos entran en contacto entre sí, se acoplan y resuenan fuertemente (de ahí el nombre de "resonancias magnéticas fuertemente acopladas") y la potencia se transmite desde el cuadrotor al objetivo.

Ahora aquí está la parte inteligente. Hasta que estos dos campos se unan, no se transmite ningún poder. Cuando el cuadrotor y el objetivo están separados, sus campos se convierten en campos magnéticos simples e inertes como los que rodean la aguja de una brújula. Esto es muy diferente de, por ejemplo, una bobina de Tesla, que siempre está bombeando energía cuando está encendida y que cargará cualquier cosa dentro del rango que pueda actuar como una antena. Con una resonancia magnética fuertemente acoplada, los campos solo transmitirán o recibirán energía cuando estén en contacto. Es más, solo el objetivo recibirá cualquier poder. Cualquier otra cosa en la vecindad no se ve afectada en gran medida.

Debido a que los campos de resonancia interactúan muy mal con cualquier cosa con la que no resuenen, otros dispositivos, personas, animales, paredes u otros obstáculos son más o menos transparentes en lo que se refiere al campo. Lo que se suma a todo esto es que un campo de resonancia magnética fuertemente acoplado es más eficiente para transmitir energía, opera en un rango más largo y no puede electrocutar a alguien, por ejemplo, que lleva un polo de acero en las cercanías.

Los experimentos con resonancia magnética fuertemente acoplada ya se han llevado a cabo en lugares como MIT, pero se han realizado con equipos estacionarios mientras NIMBUS está trabajando con un sistema móvil. La idea es llevar la fuente de alimentación al dispositivo en lugar del dispositivo a la fuente de alimentación. Hasta ahora, ha habido una medida de éxito, con 5.5 vatios de potencia transmitidos a más de 20 cm (8 pulgadas) con una eficiencia del 35 por ciento.

El propósito del cuadrotor es recargar dispositivos como sensores remotos, equipos enterrados o dispositivos inaccesibles, como los instalados en puentes o sobre mástiles de radio o que no pueden usar paneles solares por razones estéticas. Una variación en el cuadrotor podría visitar periódicamente el dispositivo y alimentarlo con energía sin necesidad de entrar en contacto.

El diseño actual aún se encuentra en una etapa experimental y NIMBUS planea realizar mejoras para manejar una mayor potencia, además de hacer que el cuadrotor funcione de manera autónoma para que pueda buscar y flotar cerca de su objetivo sin revolotear como lo hace la versión actual.

Todavía hay un camino por recorrer, pero puede ser que algún día veas a alguien que está siendo seguido por un cuadrante y tengas que decidir si lo están espiando o si el rotor está Sólo cargando su tableta por él.

El video a continuación muestra el cuadrotor de NIMBUS Lab cargando de forma remota un objetivo experimental.

Fuentes: NIMBUS Lab, IEEE Spectrum

El cuadrotor de NIMBUS Lab utiliza una resonancia magnética fuertemente acoplada para cargar dispositivos de forma remota

El cuadrotor no necesita hacer contacto físico con el dispositivo que está cargando

Recomendado La Elección Del Editor