Cahaya Infrared Mampu Mengirim Daya Listrik dengan Jarak 30 Meter!
Bayangkan Anda berjalan ke bandara atau ke minimarket dan ponsel cerdas Anda secara otomatis mulai mengisi daya. Ini bisa menjadi kenyataan suatu hari nanti, berkat sistem pengisian laser nirkabel baru yang mengatasi beberapa tantangan yang telah menghalangi upaya sebelumnya untuk mengembangkan sistem pengisian daya saat bepergian yang aman dan nyaman.
Kemampuan untuk menyalakan perangkat secara nirkabel dapat menghilangkan kebutuhan untuk membawa kabel daya untuk ponsel atau tablet kita,” kata pemimpin tim peneliti Jinyong Ha dari Universitas Sejong di Korea Selatan. "Hal Itu juga dapat memberi daya pada berbagai sensor seperti yang ada di perangkat Internet of Things (IoT) dan sensor yang digunakan untuk memantau proses di pabrik."
Dalam jurnal Optica Publishing Group Optics Express , para peneliti menggambarkan sistem baru mereka, yang menggunakan cahaya inframerah untuk mentransfer daya tingkat tinggi dengan aman. Tes laboratorium menunjukkan bahwa itu dapat mentransfer daya cahaya 400 mW pada jarak hingga 30 meter. Daya ini cukup untuk mengisi daya sensor, dan dengan pengembangan lebih lanjut, daya ini dapat ditingkatkan ke tingkat yang diperlukan untuk mengisi daya perangkat seluler.
Beberapa teknik telah dipelajari untuk transfer daya nirkabel jarak jauh. Namun, sulit untuk mengirim daya yang cukup dengan aman melalui jarak tingkat meteran. Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti mengoptimalkan metode yang disebut pengisian laser terdistribusi, yang baru-baru ini mendapat perhatian lebih untuk aplikasi ini karena memberikan penerangan daya tinggi yang aman dengan kehilangan cahaya yang lebih sedikit.
"Sementara sebagian besar pendekatan lain mengharuskan perangkat penerima berada dalam dudukan pengisi daya khusus atau tidak bergerak, pengisian daya laser terdistribusi memungkinkan penyelarasan diri tanpa proses pelacakan selama pemancaran dan penerima berada dalam garis pandang satu sama lain," kata Ha. "Ini juga secara otomatis beralih ke mode pengiriman daya rendah yang aman jika suatu objek atau seseorang menghalangi garis pandang."
Percobaaan Jarak Jauh
Pengisian laser terdistribusi bekerja seperti laser tradisional tetapi bukannya komponen optik rongga laser yang diintegrasikan ke dalam satu perangkat, mereka dipisahkan menjadi pemancar dan penerima. Ketika pemancar dan penerima berada dalam garis pandang, rongga laser terbentuk di antara keduanya di udara atau ruang bebas yang memungkinkan sistem mengirimkan daya berbasis cahaya. Jika hambatan memotong garis pandang pemancar-penerima, sistem secara otomatis beralih ke mode hemat daya, mencapai pengiriman daya bebas bahaya di udara.
Dalam sistem baru, para peneliti menggunakan sumber daya optik penguat serat yang didoping erbium dengan panjang gelombang pusat 1550 nm. Rentang panjang gelombang ini berada di wilayah spektrum teraman dan tidak menimbulkan bahaya bagi mata atau kulit manusia dengan daya yang digunakan. Komponen kunci lainnya adalah filter multiplexing panjang gelombang yang menciptakan berkas narrowband dengan daya optik dalam batas aman untuk propagasi ruang bebas.
"Di unit penerima, kami menggabungkan retroreflektor lensa bola bola untuk memfasilitasi penyelarasan pemancar-penerima 360 derajat, yang memaksimalkan efisiensi transfer daya," kata Ha. "Kami secara eksperimental mengamati bahwa kinerja keseluruhan sistem bergantung pada indeks bias lensa bola, dengan indeks bias 2,003 menjadi yang paling efektif."
Pengujian laboratorium
Untuk mendemonstrasikan sistem, para peneliti membuat jarak 30 meter antara pemancar dan penerima. Pemancar terbuat dari sumber optik penguat serat yang didoping erbium, dan unit penerima termasuk reflektor retro, sel fotovoltaik yang mengubah sinyal optik menjadi daya listrik dan LED yang menyala saat daya dikirim. Penerima ini, yang berukuran sekitar 10 kali 10 milimeter, dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam perangkat dan sensor.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem transfer daya optik nirkabel saluran tunggal dapat memberikan daya optik 400 mW dengan lebar saluran saluran 1 nm pada jarak 30 meter. Fotovoltaik mengubahnya menjadi daya listrik 85 mW. Para peneliti juga menunjukkan bahwa sistem secara otomatis beralih ke mode transfer daya yang aman ketika garis pandang terganggu oleh tangan manusia. Dalam mode ini, pemancar menghasilkan cahaya intensitas sangat rendah yang tidak menimbulkan risiko apa pun bagi manusia.
"Menggunakan sistem pengisian laser untuk mengganti kabel listrik di pabrik dapat menghemat biaya perawatan dan penggantian," kata Ha. "Ini bisa sangat berguna di lingkungan yang keras di mana sambungan listrik dapat menyebabkan gangguan atau menimbulkan bahaya kebakaran."
Sekarang setelah mereka mendemonstrasikan sistemnya, para peneliti bekerja untuk membuatnya lebih praktis. Misalnya, efisiensi sel fotovoltaik dapat ditingkatkan untuk mengubah cahaya menjadi tenaga listrik dengan lebih baik. Mereka juga berencana untuk mengembangkan cara menggunakan sistem untuk mengisi daya beberapa penerima secara bersamaan.
Journal Reference:
Nadeem Javed, Ngoc-Luu Nguyen, Syed Farhan Ali Naqvi, Jinyong Ha. Long-range wireless optical power transfer system using an EDFA. Optics Express, 2022; 30 (19): 33767 DOI: 10.1364/OE.468766