As bases de carregamento sem fio atuais usam principalmente indução de curto alcance e são muito eficientes, mas só podem carregar perto do dispositivo que está sendo carregado. Agora, uma nova pesquisa mostra que, ao aproveitar as capacidades de supressão de radiação das antenas de quadro, é possível carregar dispositivos não apenas a distâncias maiores com mais de 80% de eficiência, mas também em diversas direções, abrindo caminho para uma nova era de transferência de energia sem fio adequada para dispositivos que vão desde dispositivos móveis até implantes biomédicos.

Considerar as perdas de radiação é crucial para uma transmissão eficiente de energia sem fio de longa distância. Engenheiros da Universidade Aalto desenvolveram um método aprimorado de carregamento sem fio em longas distâncias. Ao melhorar a interação entre antenas de transmissão e recepção e explorar o fenômeno da “supressão de radiação”, eles aprofundam nossa compreensão teórica da transferência de energia sem fio além dos métodos indutivos tradicionais, um grande avanço na área.

O carregamento de curta distância, como o carregamento através de uma almofada de indução, que utiliza um campo magnético próximo para transmitir energia elétrica, é muito eficiente, mas quando a distância é maior, a eficiência cai drasticamente. Novas pesquisas mostram que essa alta eficiência pode ser mantida em longas distâncias, suprimindo a impedância de radiação da antena de quadro que envia e recebe energia elétrica.

Duas antenas de quadro (raio: 3,6 cm) podem transmitir energia entre si com 18 cm de distância. Fonte da imagem: NamHa-Van/AaltoUniversity

Anteriormente, o laboratório desenvolveu um sistema de carregamento sem fio omnidirecional que pode carregar dispositivos em qualquer direção. Agora, eles ampliaram este trabalho com uma nova teoria de dinâmica de carregamento sem fio que analisa mais de perto distâncias e condições de curto (não radiativo) e longo alcance (radiativo). Em particular, eles mostraram que usando frequências ideais na faixa de centenas de megahertz, altas eficiências de transmissão de mais de 80% podem ser alcançadas em distâncias aproximadamente cinco vezes maiores que o tamanho da antena.

“Queríamos equilibrar a potência de transmissão efetiva com as perdas de radiação, que sempre ocorrem em distâncias maiores”, disse o primeiro autor Nam Ha-Van, pesquisador de pós-doutorado na Universidade Aalto. “Acontece que quando as correntes na antena de quadro têm amplitudes iguais e fases opostas, podemos anular as perdas de radiação, aumentando assim a eficiência”.

Os pesquisadores criaram um método que permite a análise matemática ou experimental de qualquer sistema de transmissão de energia sem fio. Isto permite uma avaliação mais completa da eficiência da transmissão de energia em distâncias curtas e longas, o que não era possível antes. Eles então testaram como funciona o carregamento entre duas antenas de quadro (veja a figura) que estão bastante distantes uma da outra em relação ao seu tamanho, identificando a supressão de radiação como o mecanismo que ajuda a melhorar a eficiência da transmissão.

“É tudo uma questão de encontrar a melhor configuração para transferência de energia sem fio, tanto em distâncias curtas como em longas distâncias”, disse Ha-Van. "Com nosso método, podemos agora estender o alcance de transmissão além dos sistemas tradicionais de carregamento sem fio, mantendo ao mesmo tempo uma alta eficiência. A transferência de energia sem fio não é importante apenas para telefones e dispositivos, mas implantes biomédicos com capacidade limitada de bateria também podem se beneficiar dela. A pesquisa de Ha-Van e colegas também pode levar em conta obstáculos como tecido humano que pode dificultar o carregamento."