7 de Septiembre de 2021
Tecnología

Esta habitación podría cargar todos tus dispositivos de forma inalámbrica

Una nueva técnica proporciona energía a los dispositivos electrónicos ubicados en cualquier rincón de una sala de prueba.

Sala de pruebas para la transferencia de energía inalámbrica, antes de ser terminada y amueblada. [Universidad de Tokio.]

¿Qué le parecería si su teléfono u ordenador portátil comenzara a cargarse tan pronto entrara en una habitación? Un equipo de investigadores ha construido una sala capaz de transmitir energía a una variedad de dispositivos electrónicos situados en su interior, como teléfonos y electrodomésticos, sin necesidad de enchufes ni baterías.

El sistema «permite una transferencia de energía inalámbrica segura y de alta potencia en grandes espacios», explica Takuya Sasatani, profesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Tokio y autor principal del nuevo estudio, publicado en Nature Electronics. La habitación se basa en el mismo fenómeno que los cargadores de teléfonos inalámbricos de corto alcance: una bobina de metal colocada en un campo magnético que produce una corriente eléctrica.

Las bases de carga inalámbricas comerciales existentes hoy en día utilizan electricidad de un enchufe para producir un campo magnético en un área pequeña. Los teléfonos inteligentes más recientes están equipados con una bobina de metal y, cuando se coloca un modelo de este tipo en la base, la interacción genera suficiente corriente para alimentar la batería del teléfono. Pero los productos comerciales actuales tienen un alcance muy limitado: si se levanta el teléfono de la base o se guarda en un estuche demasiado grueso, la transferencia inalámbrica de energía cesa. Pero si el campo magnético llenara toda la habitación, cualquier teléfono situado en su interior tendría acceso a energía inalámbrica.

«La posibilidad de tener una habitación donde múltiples dispositivos electrónicos puedan recibir energía en cualquier lugar es realmente convincente y emocionante», afirma Joshua Smith, profesor de ciencias de la computación e ingeniería eléctrica de la Universidad de Washington que no participó en el nuevo estudio.  «Este trabajo da un paso más en el camino de hacerlo posible.»

En el estudio, los investigadores describen una sala de pruebas de unos 18 metros cúbicos (aproximadamente similar a un pequeño contenedor de carga) que Sasatani construyó a partir de paneles de aluminio conductores y con un poste de metal en el medio. El equipo situó una lámpara y un ventilador de alimentación inalámbrica, así como otros elementos más prosaicos, como una silla, una mesa y una estantería.

Cuando los autores hicieron pasar una corriente eléctrica a través de las paredes y el poste, se generó un campo magnético en el interior de la estancia. En concreto, diseñaron la configuración para generar dos campos separados: uno que llena el centro de la habitación y otro que cubre las esquinas, permitiendo así que cualquier dispositivo situado en el interior de la sala se cargue sin encontrar puntos muertos.

Mediante simulaciones y mediciones, Sasatani y sus coautores descubrieron que el método podía proporcionar 50 vatios de potencia en toda la habitación, lo que logró encender todos los dispositivos equipados con bobina receptora que probaron: un teléfono inteligente, una bombilla y un ventilador. Sin embargo, parte de energía se perdió en la transferencia. La eficiencia varió desde un 37,1% hasta un máximo de aproximadamente el 90%. Las cifras dependían de la intensidad del campo magnético en puntos específicos de la habitación, así como de la orientación del dispositivo.

Sin tomar precauciones, el paso de una corriente eléctrica a través de las paredes metálicas de la habitación normalmente la habría llenado con dos tipos de ondas: eléctricas y magnéticas. Ello supone un problema, ya que los campos eléctricos pueden calentar los tejidos biológicos y representar un peligro para los humanos. Para evitarlo, los autores dispusieron varios condensadores (dispositivos que almacenan carga eléctrica) en las paredes. «Eso mantiene los campos magnéticos seguros en el volumen de la habitación, al tiempo que confina las partes peligrosas en el interior de los componentes incrustados en las paredes», explica Sasatani.

Los investigadores pusieron a prueba la seguridad de la habitación mediante simulaciones por ordenador para calcular cuál sería la exposición que experimentaría un cuerpo humano situado en la sala. Las autoridades han establecido varios umbrales sobre la cantidad de radiación a la que puede estar expuesto el cuerpo humano de forma segura, y la simulación indicó que la absorción de energía en la sala de pruebas se mantenía muy por debajo de los límites recomendados.

«No estamos diciendo de manera general que esta tecnología sea segura en todos los usos; eso es algo que todavía estamos explorando», advierte el coautor del estudio Alanson Sample, de la Universidad de Michigan. «Pero nos hace ser optimistas [...] y pensar que aún tenemos mucho margen por debajo del umbral de potencia para cargar su teléfono móvil sin más que entrar en la habitación y sin tener que preocuparse por la seguridad.»

Más allá de los teléfonos, Sample sugiere que una sala de carga inalámbrica dedicada permitiría que una variedad de dispositivos electrónicos (sensores, robots móviles o incluso implantes médicos) funcionen en segundo plano, recargándose sin una conexión por cable y sin que las personas se tengan que preocupar de ellos. La técnica también podría aplicarse a situaciones más especializadas. «Creo que podría ser muy útil en espacios costosos y con mucha instrumentación, como por ejemplo un quirófano», añade Smith, «donde sería posible disponer de varios instrumentos y dispositivos que podríamos cargar sin necesidad de cables».

Pero esas aplicaciones están aún están lejos de materializarse. «Es demasiado engorroso colocar láminas de aluminio en todas las paredes. No compensaría el beneficio», reconoce Sample. «Acabamos de desarrollar una técnica completamente nueva. Ahora tenemos que averiguar cómo hacerla práctica.»

Sample planea continuar investigando si revestir habitaciones ya existentes con material conductor o fabricar paredes especiales con capas conductoras permitiría hacer salas de carga inalámbrica que también cumplan con los requisitos de construcción. Mientras tanto, Sasatani espera mejorar la eficiencia de la transmisión de energía y eliminar cualquier punto muerto al que no llegue la carga.

La carga inalámbrica se ha convertido en una idea por la que hoy están compitiendo numerosas empresas con todo tipo de técnicas: electromagnéticas, con láseres o incluso ondas sonoras. «Mucha gente está interesada en enfoques basados en la creación de ondas, donde se genera una onda de radio que se propaga y se puede dirigir», explica Smith. «La ventaja del método expuesto en este estudio es que los campos son predominantemente magnéticos, lo que es más seguro y permite una mayor potencia con el mismo nivel de seguridad, en comparación con la transmisión de una onda de radio, donde los campos eléctrico y magnético son aproximadamente iguales.» Por otro lado, señala, un rayo de carga no requeriría una habitación de metal hecha a medida con un poste en el medio. Cada técnica podría tener sus propios usos.

«Hay otros mecanismos de carga [...] que brindan un alcance mucho más largo», dice Sample. «Pero lo que no existe es un mecanismo que proporcione, digamos, 10 vatios de potencia en cualquier rincón de un espacio dado».

Sophie Bushwick

Referencia: «Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator»; Takuya Sasatani et. al. en Nature Electronics, 30 de agosto 2021.

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