Dù các thiết bị di động như máy tính bảng và điện thoại thông minh giúp chúng ta liên lạc, làm việc và truy cập thông tin, nhưng pin của các thiết bị này vẫn cần được sạc bằng cách cắm vào ổ điện. Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên, các kỹ sư tại trường Đại học Washington đã đưa ra phương pháp sử dụng laser để sạc không dây cho điện thoại thông minh một cách an toàn.
 |
Cụ thể, một chùm tia laser hẹp, vô hình từ máy phát laser sẽ sạc điện thoại thông minh đặt ở phòng khác và đạt tốc độ sạc nhanh như dây USB thường. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã gắn một pin mỏng lên mặt sau của điện thoại để sạc điện từ tia laser. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã tùy chỉnh các tính năng an toàn, bao gồm bộ làm mát phẳng bằng kim loại trên điện thoại để tản nhiệt thừa từ laser, cũng như cơ chế dựa vào bộ phản xạ để ngắt tia laser nếu một người nào đó cố gắng di chuyển đường đi của chùm tia sạc.
PGS. Shyam Gollakota, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “An toàn là điểm trọng tâm trong việc thiết kế hệ thống này. Chúng tôi đã thiết kế, xây dựng và thử nghiệm hệ thống sạc bằng laser với cơ chế an toàn phản ứng nhanh, đảm bảo máy phát laser sẽ ngắt chùm tia sạc trước khi một người di chuyển vào đường chiếu laser”. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo được hệ thống sạc không dây có đặc tính an toàn.
Theo PGS. Gollakota, “Ngoài cơ chế an toàn ngắt nhanh chùm tia sạc, hệ thống bao gồm bộ tản nhiệt phân tán nhiệt thừa sinh ra từ chùm tia sạc. Các tính năng này mang lại cho hệ thống sạc không dây những tiêu chuẩn về độ an toàn cần để áp dụng trong rất nhiều môi trường thương mại và nhà ở”.
Chùm tia sạc bắt nguồn từ máy phát laser đã được nhóm nghiên cứu điều chỉnh để phát ra laser tập trung quang phổ hồng ngoại gần. Hệ thống an toàn ngắt chùm tia sạc và tập trung vào chùm laser năng lượng thấp, vô hại và an toàn được phát ra từ một nguồn laser khác nằm cùng vị trí với chùm tia sạc và về vật lý bao quanh chùm tia sạc. “Bộ phản xạ ngược” in 3D tùy chỉnh đặt pin trên điện thoại thông minh phản xạ chùm tia bảo vệ trở lại các điôt photon trên bộ phát laser. Chùm tia bảo vệ không cung cấp điện cho điện thoại, nhưng phản xạ từ điện thoại thông minh trở lại bộ phát cho phép chùm tia bảo vệ đóng vai trò như “cảm biến” thời điểm một người di chuyển trên đường đi của chùm tia bảo vệ. Các nhà khoa học đã thiết kế máy phát laser để ngắt chùm tia sạc khi bất cứ vật thể nào như cơ thể của người tiếp xúc với một trong những chùm tia bảo vệ.
Gollakota cho biết: “Chùm tia bảo vệ có thể hoạt động nhanh hơn mọi chuyển động vì các chùm tia đó phản xạ trở lại bộ phát xạ với tốc độ ánh sáng. Do đó, khi chùm tia bảo vệ bị ngắt bởi chuyển động của một người, máy phát xác định hiện tượng này trong vòng chưa đến một giây và mở lá chắn sáng để ngăn chùm tia sạc trước khi một người nào đó tiếp xúc với nó”. Các thiết bị quang học nano thế hệ mới sẽ hoạt động với tần số Gigahertz, có thể giảm thời gian phản ứng của lá chắn sáng ở mức vài nano giây.
Chùm tia sạc điện thoại thông minh qua một pin gắn ở mặt sau của điện thoại. Chùm tia sạc có thể cung cấp 2W điện cho phạm vi 15 inch vuông từ khoảng cách lên đến 4,3m. Nhưng bộ phát có thể thay đổi để mở rộng bán kính của chùm tia sạc với diện tích lên đến 100 cm2 từ khoảng cách 12m. Khả năng mở rộng này có nghĩa là bộ phát có thể nhằm vào bề mặt sạc rộng như quầy thu tiền hoặc mặt bàn và sạc điện thoại trên mọi vị trí của bề mặt đó.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành lập trình để điện thoại thông minh báo hiệu vị trí của nó bằng cách phát xạ âm thanh tần số cao, mà con người không nghe được nhưng đủ nhạy để máy phát laser phát hiện.Khi phát hiện thấy điện thoại thông minh trên bề mặt sạc, máy phát khởi động laser để bắt đầu sạc pin.
Elyas Bayati, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Chùm tia sạc điện thoại thông minh với tốc độ nhanh như cắm vào cổng USB. Nhưng thay vì cắm vào ổ điện để sạc điện thoại thông minh, bạn chỉ cần đặt nó trên bàn”.
Để đảm bảo chùm tia sạc không làm cho điện thoại quá nóng, nhóm nghiên cứu cũng đặt các dải nhôm mỏng trên mặt sau của điện thoại xung quanh pin. Các dải nhôm này hoạt động như bộ tản nhiệt, phân tán nhiệt thừa từ chùm tia sạc và cho phép laser sạc điện thoại thông minh trong nhiều giờ. Các dải nhôm thậm chí còn khai thác lượng nhiệt nhỏ giúp sạc điện thoại thông minh bằng cách gắn máy phát nhiệt điện gần như phẳng phía trên các dải tản nhiệt. Các nhà nghiên cứu tin rằng các tính năng về độ an toàn cao và tản nhiệt có thể cho phép sạc không dây các thiết bị khác như camera, máy tính bảng và thậm chí máy tính để bàn bằng laser theo phương thức không dây.