Электричество из Wi-Fi. Как будут заряжаться гаджеты через год

Человечество медленно движется в беспроводное будущее. Многие едва ли вспомнят, когда последний раз использовали Ethernet, а смартфоны всё чаще выходят без разъёма для наушников. Однако до сих пор практически вся электроника нуждается в перманентном или регулярном подключении к розетке. В новом материале Лайф рассказывает, когда смартфоны научатся заряжаться по воздуху и чем нас не устраивают современные беспроводные зарядки.

Частично проблему проводов люди решили в конце XIX века. Никола Тесла уже тогда использовал электромагнитную индукцию для включения лампочек без розеток. С тех пор было придумано ещё несколько способов "воздушной" электропередачи, но их коммерциализация продвигается медленно. Поэтому актуальные беспроводные зарядки до сих пор используют электромагнитную индукцию. Коммерческий вариант этой технологии называется Qi. Это стандарт электропередачи, который в 2009 году разработал и утвердил консорциум компаний, заинтересованных в развитии обсуждаемой технологии. Сегодня им пользуются многие компании: Apple, Samsung, Huawei и другие.

Принцип работы Qi прост. В смартфоне и зарядном устройстве стоят индукционные катушки. Одна — приёмник, другая — передатчик. При подключении к розетке передатчик образует электромагнитное поле. Когда в него попадает катушка-приёмник, смартфон начинает заряжаться.

Использование Qi чуть удобнее зарядки от кабеля, но этот стандарт далёк от идеала. Во-первых, диапазон работы катушек очень мал — от трёх до пяти сантиметров. В большинстве случаев заряжаемый гаджет приходится класть на передатчик. То есть валяться на диване со смартфоном и при этом заряжать его всё ещё нельзя. Во-вторых, Qi-стандарт — маломощный: через индукционную катушку гаджеты заряжаются, как правило, в 1,5–2 раза медленнее, чем от провода. В-третьих, Qi-зарядки выделяют много избыточного тепла во время работы. А постоянный нагрев и перегрев сокращают срок службы литийионных аккумуляторов.

В случае с индукционными катушками не всё так хорошо, как хотелось бы. Но радует, что эта технология не является потолком, в который упирается технологический прогресс. В лабораторных условиях люди научились передавать электричество по воздуху и другими способами. Так, в 2011 году студенты Университета Пенсильвании представили ультразвуковой способ. Они создали ультразвуковой передатчик и приёмник, которые преобразуют звуковые волны в электричество. Причём на расстоянии от 7 до 10 метров. Проблема метода — низкая мощность. К тому же в ряде стран действуют ограничения на максимальный уровень звукового давления.

Другим любопытным способом "воздушной" электропередачи является лазер. При определённой настройке волна электромагнитного излучения может стать светом. Передаваемую таким образом энергию можно собрать специальным фотоэлементом. Главным достоинством этого метода является огромная дальность действия. Также при использовании лазера не возникают радиочастотные помехи. В то же время у технологии есть недостатки — например, обязательная прямая видимость передатчика и приёмника. В квартире свету может помешать хоть человек, хоть табуретка, а под открытым небом луч рассеется в тумане. Другим минусом светопередачи являются несовершенные приёмники: современные фотоэлементы улавливают в лучшем случае половину передаваемой энергии. Тем не менее известно, что американские военные дорабатывают эту технологию. Есть планы по созданию беспилотников, которые будут заряжаться в воздухе с помощью лазера.

Все перечисленные модели имеют недостатки. Где-то незначительные, где-то — критические. Именно поэтому самой перспективной на сегодня разработкой является передача электричества по Wi-Fi.

Однажды исследователи Вашингтонского университета обратили внимание, что во время "молчания" Wi-Fi-антенны перманентно излучают пакеты энергии. Тогда учёные сделали специальный приёмник и поняли, что даже обычные роутеры могут дистанционно запитывать маломощные электроприборы. Эту технологию назвали PoWiFi (Power over Wi-Fi).

В 2015 году учёные выступили с докладом. Выяснилось, например, что параллельно с рассылкой энергии Wi-Fi-антенны превосходно справляются и с основной задачей — передачей информации. Исследователи объяснили это тем, что для рассылки электричества роутеры используют только свободные каналы.

Чтобы не быть голословными, специалисты провели демонстрацию, в ходе которой с помощью Wi-Fi включили камеру наблюдения на расстоянии пяти метров от роутера. В другом случае учёные за 2,5 часа зарядили на 41% фитнес-трекер Jawbone Up 24.

С тех пор как учёные научились преобразовывать сигнал Wi-Fi в электричество, появилось множество стартапов, пытающихся довести технологию PoWiFi до коммерческого продукта.

Одной из таких компаний является Energous. Она выпускает специальные Wi-Fi-модемы, которые не предназначены для раздачи интернета. Они постоянно излучают мощные "электрические" волны. Напомним, кастомные роутеры учёных могли запитать лишь простые гаджеты вроде цифрового термометра. Тогда как передатчиков Energous хватает для зарядки, например, наушников и смартфонов.

С коммерциализацией этой концепции дела обстоят сложнее. Дело в том, что кроме специального Wi-Fi пользователю нужен ещё, например, смартфон со специальной антенной. И Energous такие компоненты уже выпускает. Но производители электроники почему-то ещё не выстроились в огромную очередь у офиса Energous для их закупки. В январе этого года на выставке Consumer Electronics Show компания Energous представила всего несколько гаджетов с поддержкой зарядки по Wi-Fi: слуховой аппарат Dlight и умные очки Vuzix Blade. Кроме того, вендор показал собственные прототипы наушников и смарт-часов с гибкой антенной. Все они заряжаются по воздуху на расстоянии до одного метра.

Смартфонов с поддержкой "воздушной" зарядки пока нет. Впрочем, гендиректор Energous Стив Риззон заявил, что появление таких аппаратов — вопрос ближайшего будущего. По словам Риззона, они уже ведут переговоры с несколькими вендорами. Также руководитель Energous сказал, что готовят более мощные варианты приёмников и передатчиков, которые смогут заряжать не только смартфоны, но и ноутбуки. Причём на расстоянии уже до пяти метров. Появиться такие ноутбуки должны в 2020 году.

Кстати, ходят слухи, что одним из клиентов Energous является сама Apple. И в это охотно верится, поскольку недавно в патентах Apple всплыло описание iMac, который с помощью Wi-Fi запитывает окружающую периферию — мышки и клавиатуры.