Kablosuz Enerji Transferi
Yasaklı
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nün (MIT) Fizik, Elektrik Elektronik Mühendisliği, Bilgisayar Mühendisliği ve Askeri Nanoteknoloji Enstitüsü bölümlerinde çalışan bilim insanlarından oluşan bir araştırma ekibi kablosuz enerji nakli konusunda önemli bir gelişmeye imza attı.
Sponsorlu Bağlantılar
Prof. Marin Soljacic liderliğinde Andre Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, Prof. Peter Fisher ve Prof. John Joannopoulos'tan oluşan ekip 60 vatlık ampülü 2 metrelik uzaklıkta bulunan bir güç kaynağından gelen enerjiyle yakmayı başardı. Ampül ve güç kaynağı arasında herhangi bir fiziki bağlantı bulunmuyordu.Aslında yüzyıllardır kablosuz enerji transferi yöntemleri bilinmektedir. En iyi bilineni radyo dalgaları gibi elektromanyetik radyasyondur. Fakat bu radyasyon kablosuz bilgi aktarımı için uygunken, enerji nakli için kullanılmaz.
Elektromanyetik radyasyon her yöne yayıldığı için enerjinin çoğu boşa gider. Lazerler gibi yönlendirilmiş elektromanyetik radyasyon ise hem tehlikelidir hem de pratik değildir. Lazer kullanılacaksa cihaz ve güç kaynağı arasında hiçbir nesne bulunmamalı ve cihaz hareketsiz durmalıdır.
MIT'den bilim insanları kablosuz enerji nakli için rezonans frekansı aynı olan nesneleri kullanmayı düşündüler. Rezonans, bir sistemin belirli bir frekansta maksimum dalga genişliğinde titreşim verme eğilimidir. Bu frekansa, rezonans frekansı denir. Rezonans frekansı aynı olan nesneler yüksek verimle enerji değişimi gerçekleştirme eğilimindedir. Mesela salıncakta sallanmak mekanik rezonans için iyi bir örnektir. Sallanmanın frekansına uyumlu şekilde bacaklardan güç verilince enerji transferi gerçekleşir ve enerji bacaklardan salıncağa verilir, sallanma devam eder. Araştırma ekibi ise manyetik rezonans frekansları aynı olan nesneleri kullandı.
Bilim insanları, elektromanyetik rezonans veren iki nesnenin büyük oranda manyetik alanlarıyla eşleştikleri bir sistem oluşturdular. Nesnelerin arasındaki mesafe boyutlarının birkaç katı da olsa enerji nakli büyük bir verimle gerçekleştirilebiliyordu.Manyetik eşleşme gündelik uygulamalar için bilhassa uygundur, çünkü yaygınlıkla kullandığımız materyallerin arasındaki manyetik etkileşim çok zayıftır, yani bu tür bir enerji naklinin etraftaki nesnelerden etkilenmesi mümkün değil.
Araştırma ekibince incelenen tasarım, her biri kendinden rezonant olan iki bakır bobinden oluşuyor. Güç kaynağına bağlı olan bobin, verici görevi görüyor. Verici bobin, Mhz frekanslarında salınım yapan ve radyasyon yaymayan bir manyetik alan oluşturuyor. Diğer bobin ise alıcı görevinde ve oluşan manyetik alan ile aynı frekansta rezonansa girerek enerjiyi üzerine alıyor. Bu bir rezonans işlemi olduğu için alıcı ve verici arasında güçlü bir alışveriş varken, bunların etraftaki diğer nesnelerle etkileşimi zayıftır.
Manyetik alanın radyasyon yaymamasının avantajı, alıcı bobin tarafından alınamayan enerjinin büyük kısmının etrafa yayılıp kaybolması yerine, bu enerjinin verici bobinin çevresinde kalmasıdır. Bu tasarımda nakledilecek enerjinin menzili sınırlıdır ve alıcının boyutu küçüldükçe menzil de kısalır. Yine de dizüstü bilgisayar büyüklüğündeki bobinlerin dizüstü bilgisayar çalıştırmaya fazlasıyla yetecek enerjiyi oda büyüklüğündeki mesafelerden herhangi bir doğrultudan ve yüksek verimle nakletmeleri mümkün.
Etraftaki alanın geometrisinin ve iki bobin arasında başka nesnelerin bulunmasının da sürece olumsuz bir etkisi bulunmuyor.İlk bakışta bu tür bir enerji nakli, güç transformatörlerinde (trafolarda) kullanılan, birbirlerine çok yakın mesafelerdeki bobinlerin manyetik indüksiyon ile gücü birinden diğerine aktarmasına benzer. Verici bobindeki elektrik akımı, alıcı bobinde başka bir elektrik akımını tetikler. İki bobin birbirlerine çok yakındır, fakat temas etmezler.
İki bobin arasındaki mesafe uzatılınca, aralarındaki alışverişin niteliği büyük değişime uğrar, verim kaybı olur. Rezonans eşleşmesi sisteminin farkı burada ortaya çıkıyor. Geleneksel yöntemle (rezonansa dikkat edilmeyen) yapılan enerji nakli bu yeni yönteme kıyasla milyon kez daha verimsizdir.Günümüzde taşınabilir elektronik cihazların kullanım alanı ve sayısı iyice genişledi. Bu yüzden, kablosuz enerji aktarımı teknolojisine verilen önem gittikçe artıyor. MIT'de yapılan çalışma geleceğin teknolojisinin oluşturulmasında önemli bir adım olacak gibi gözüküyor.
Elektromanyetik radyasyon her yöne yayıldığı için enerjinin çoğu boşa gider. Lazerler gibi yönlendirilmiş elektromanyetik radyasyon ise hem tehlikelidir hem de pratik değildir. Lazer kullanılacaksa cihaz ve güç kaynağı arasında hiçbir nesne bulunmamalı ve cihaz hareketsiz durmalıdır.
MIT'den bilim insanları kablosuz enerji nakli için rezonans frekansı aynı olan nesneleri kullanmayı düşündüler. Rezonans, bir sistemin belirli bir frekansta maksimum dalga genişliğinde titreşim verme eğilimidir. Bu frekansa, rezonans frekansı denir. Rezonans frekansı aynı olan nesneler yüksek verimle enerji değişimi gerçekleştirme eğilimindedir. Mesela salıncakta sallanmak mekanik rezonans için iyi bir örnektir. Sallanmanın frekansına uyumlu şekilde bacaklardan güç verilince enerji transferi gerçekleşir ve enerji bacaklardan salıncağa verilir, sallanma devam eder. Araştırma ekibi ise manyetik rezonans frekansları aynı olan nesneleri kullandı.
Bilim insanları, elektromanyetik rezonans veren iki nesnenin büyük oranda manyetik alanlarıyla eşleştikleri bir sistem oluşturdular. Nesnelerin arasındaki mesafe boyutlarının birkaç katı da olsa enerji nakli büyük bir verimle gerçekleştirilebiliyordu.Manyetik eşleşme gündelik uygulamalar için bilhassa uygundur, çünkü yaygınlıkla kullandığımız materyallerin arasındaki manyetik etkileşim çok zayıftır, yani bu tür bir enerji naklinin etraftaki nesnelerden etkilenmesi mümkün değil.
Araştırma ekibince incelenen tasarım, her biri kendinden rezonant olan iki bakır bobinden oluşuyor. Güç kaynağına bağlı olan bobin, verici görevi görüyor. Verici bobin, Mhz frekanslarında salınım yapan ve radyasyon yaymayan bir manyetik alan oluşturuyor. Diğer bobin ise alıcı görevinde ve oluşan manyetik alan ile aynı frekansta rezonansa girerek enerjiyi üzerine alıyor. Bu bir rezonans işlemi olduğu için alıcı ve verici arasında güçlü bir alışveriş varken, bunların etraftaki diğer nesnelerle etkileşimi zayıftır.
Manyetik alanın radyasyon yaymamasının avantajı, alıcı bobin tarafından alınamayan enerjinin büyük kısmının etrafa yayılıp kaybolması yerine, bu enerjinin verici bobinin çevresinde kalmasıdır. Bu tasarımda nakledilecek enerjinin menzili sınırlıdır ve alıcının boyutu küçüldükçe menzil de kısalır. Yine de dizüstü bilgisayar büyüklüğündeki bobinlerin dizüstü bilgisayar çalıştırmaya fazlasıyla yetecek enerjiyi oda büyüklüğündeki mesafelerden herhangi bir doğrultudan ve yüksek verimle nakletmeleri mümkün.
Etraftaki alanın geometrisinin ve iki bobin arasında başka nesnelerin bulunmasının da sürece olumsuz bir etkisi bulunmuyor.İlk bakışta bu tür bir enerji nakli, güç transformatörlerinde (trafolarda) kullanılan, birbirlerine çok yakın mesafelerdeki bobinlerin manyetik indüksiyon ile gücü birinden diğerine aktarmasına benzer. Verici bobindeki elektrik akımı, alıcı bobinde başka bir elektrik akımını tetikler. İki bobin birbirlerine çok yakındır, fakat temas etmezler.
İki bobin arasındaki mesafe uzatılınca, aralarındaki alışverişin niteliği büyük değişime uğrar, verim kaybı olur. Rezonans eşleşmesi sisteminin farkı burada ortaya çıkıyor. Geleneksel yöntemle (rezonansa dikkat edilmeyen) yapılan enerji nakli bu yeni yönteme kıyasla milyon kez daha verimsizdir.Günümüzde taşınabilir elektronik cihazların kullanım alanı ve sayısı iyice genişledi. Bu yüzden, kablosuz enerji aktarımı teknolojisine verilen önem gittikçe artıyor. MIT'de yapılan çalışma geleceğin teknolojisinin oluşturulmasında önemli bir adım olacak gibi gözüküyor.
Kaynak: Bilim ve Gelecek
Son düzenleyen nötrino; 18 Mayıs 2016 00:58
