Power in the air

La ricarica wireless a grande distanza – il vero sogno di Nikola Tesla – è quasi realtà.

In un precedente post ci siamo occupati dell’evoluzione e della rapida espansione dei sistemi di ricarica wireless per smartphone e altri dispositivi portatili, stimolati anche dall’iniziativa di IDT (uno dei principali player del settore) che alcune settimane fa ha organizzato l’evento “The Incredible Dream of Tesla” durante il quale è stato presentato lo stato dell’arte di questa tecnologia, un incontro per fare conoscere ai designer italiani le grandi possibilità offerte dalla ricarica wireless.

Ma Nikola Tesla sognava qualcosa di ancora più avanzato; infatti, se da un lato i nuovi sistemi di ricarica wireless ci liberano dai vincoli dei cavi, è anche vero che dobbiamo appoggiare lo smartphone in un punto ben preciso della scrivania o del mobile, mentre Tesla sognava di trasmettere l’energia attraverso l’ambiente: nel 1891 accese decine di lampade a distanza dimostrando che è possibile trasferire l’energia elettrica senza alcuna connessione fisica.

Da allora, l’elettronica e l’informatica hanno fatto passi da gigante, ma, per quanto riguarda l’alimentazione, solo dopo più di 120 anni qualcuno si è ricordato degli esperimenti di Tesla, mettendo a punto gli attuali sistemi di ricarica wireless basati sull’induzione elettromagnetica.

Tecnologia che per qualcuno non è ancora sufficiente: per realizzare davvero il sogno di Tesla lo smartphone deve ricaricarsi con l’energia presente nell’ambiente, rimanendo nella tasca della giacca, in mano, o appoggiato su qualsiasi mobile all’interno di una stanza.

Sono diverse le aziende che stanno cercando di mettere in pratica, per davvero, il sogno di Nikola Tesla e che, durante il prossimo CES di Las Vegas, presenteranno i dispositivi e le tecnologie in grado di ricaricare gli smartphone e i tablet presenti all’interno di una stanza.

Tra le aziende che hanno già raggiunto significativi risultati c’è Energous, una startup californiana, che recentemente si è quotata al Nasdaq, e che ha messo a punto il sistema denominato WattUp che utilizza la risonanza magnetica anziché l’induzione magnetica.

La tecnologia WattUp si basa su trasmettitori RF che generano fasci di onde radio sulla banda dei 5,8 GHz, una sorta di router che irradiano energia anziché dati. Un ricevitore all’interno dello smartphone sintonizzato sulla stessa frequenza converte il segnale RF in energia elettrica che ricarica la batteria.

Il tutto è controllato da un software che “gira” in background su ciascun telefonino ed ottimizza le prestazioni di ricarica. La portata del trasmettitore RF – che può anche essere nascosto dentro  elettrodomestici o accessori d’arredamento – è di circa 4,6 metri (15 piedi) e all’interno di uno stesso ambiente il sistema è in grado di gestire fino a 12 smartphone.

Per quanto riguarda la massima energia trasferita, attualmente questi sono il valori:

• 4 watt entro 1,5 metri,
• 2 W entro 3 metri,
• 1 W entro 4,6 metri

Questi valori sono stati certificati da Underwriters Laboratories (UL), un laboratorio indipendente che si occupa di testare prodotti e materiali con particolare riguardo alla sicurezza. I trasmettitori dispongono di centinaia di microantenne che “seguono” il target all’interno della stanza indirizzando il fascio di microonde esattamente sull’obiettivo, eventualmente anche di “rimbalzo”. Naturalmente il segnale a 5,8 MHz può inglobare il tradizionale Wi-Fi dati.

Il sistema, come si vede anche nei video, funziona perfettamente, anche se non è noto il livello di efficienza complessivo; per quanto riguarda questo valore, l’obiettivo della società di San Jose è quello di raggiungere il 25%.

Energous vanta al proprio attivo oltre 175 brevetti in corso di registrazione o già registrati ed è parte attiva nel nuovo consorzio AirFuel Alliance nato recentemente dall’accordo tra Power Matters Alliance (PMA) e Alliance for Wireless Power (A4WP), due delle organizzazioni più importanti in questo campo. Il nuovo consorzio concentrerà i propri sforzi su entrambe le tecnologie, quella induttiva e quella risonante. Ricordiamo che l’altro grande consorzio tra produttori è il Wireless Power Consortium (WPC) che raggruppa le aziende che utilizzano lo standard induttivo Qi.

Energous ha un agguerrito concorrente in Ossia, una società supportata da Intel, che ha messo a punto una tecnologia denominata Cota che è in grado di trasferire piccole quantità di energia tramite la normale connessione Wi-Fi, una sorta di Power Over Wi-Fi (PoWiFi).  Gli attuali router Wi-Fi se trasmettessero in continuazione (cosa che normalmente non avviene) potrebbero diffondere, entro una decina di metri, una quantità di energia sufficiente a ricaricare qualsiasi dispositivo portatile “intelligente”. Ovviamente con tempi completamente diversi da quelli della ricarica per induzione elettromagnetica.

I ricercatori di Ossia hanno messo a punto una serie di tecnologie per far sì che il router Wi-Fi trasmetta (senza influire sul normale funzionamento) pacchetti di dati “superflui” in modo da emettere sempre la massima potenza RF; inoltre una sorta di beacon è in grado di identificare la presenza e la posizioni di dispositivi da ricaricare indirizzando in quella direzione il segnale RF.

Come nel caso di fasci di microonde di WattUp, la quantità di energia trasferita dai router personalizzati PoWiFi dipende molto dalla distanza; uno smartphone posto abbastanza vicino al router è passato da zero a uno stato di carica del 40 % in due ore e mezza mentre altri utenti presenti nell’area di copertura del Wi-Fi non hanno notato disservizi dovuti ai pacchetti “superflui”.

Il vero goal per questa tecnologia sarebbe quello di fornire a smartphone e tablet presenti nell’area di copertura WiFi più energia di quanta consumata mediamente in modo da mantenere i dispositivi sempre carichi.

https://www.youtube.com/watch?v=cwIuVYdbFsA

Comunque, al di là della ricarica di smartphone e tablet, questa tecnologia può essere di grande importanza nella diffusione di dispositivi per IoT e wereable che presentano consumi bassissimi e che quindi potrebbero trarre alimentazione senza problemi da questa energia presente nell’ambiente. Un esempio realizzato con una telecamera di sorveglianza è descritto in questo articolo.

Ma la radiofrequenza non è l’unica modalità di ricarica senza fili in arrivo: la startup israeliana Wi-Charge utilizza fasci di luce nella gamma dell’infrarosso, mentre la società uBeam di Santa Monica punta sugli ultrasuoni. I ricercatori della società californiana mettono l’accento sulla sicurezza di questa tecnologia, in contrapposizione con la pericolosità delle onde radio, anche se in molti si chiedono come sia possibile utilizzare delle onde acustiche che si propagano in linea retta e che vengono fortemente attenuate dall’aria per questo scopo (in effetti uBeam non ha ancora presentato alcun prototipo realizzato con questa tecnologia).

La ricarica wireless di smartphone e dispositivi portatili è sicuramente una tecnologia interessante sotto numerosi punti di vista, non ultimo quello economico: secondo le previsioni questo mercato avrà un valore compreso tra i 15 e i 20 miliardi di dollari entro 5 anni.

L’altro aspetto di questa storia riguarda lo standard che si affermerà e che, per quanti sforzi, studi, e previsioni possano fare le aziende coinvolte e i consorzi di settore, verrà, come al solito, decretato dagli utilizzatori/consumatori.