Trådløs strøm kommer

Mobile World Congress er en av de hendelsene som får deg til å innse at den tynne linjen mellom sivilisasjon og barbarisme er bredden på en enkelt ladekabel.

Alle som har deltatt på MWC (eller et massivt messe) er kjent med den snikende frykten forårsaket av å se telefonens batterikraft sive bort i løpet av en veldig lang arbeidsdag. Tweet etter tweet, foto etter foto, tekst etter tekst, prosentpoengene krysser av, til du kryper i vesken etter en batteripakke midt i en floke av ladere og kabler eller søker i de fullsatte salene og presser salonger for et gratis pluggpunkt -En oase i ørkenen.

Se for deg at du aldri måtte oppsøke et stikkontakt, ta med et reservebatteri eller stikke en rekke kabler i vesken igjen; at alle enhetene dine ble ladet kontinuerlig, uansett hvor du gikk. En dag trenger du kanskje ikke å forestille deg det - fordi selskaper som Energous og Ossia jobber for å gjøre det til virkelighet.

Nikola Tesla så for seg et trådløst kraftoverføringssystem først på 1890-tallet; han forsøkte til og med å bygge en eksperimentell stasjon, Wardenclyffe Tower, som han håpet ville være den første i et verdensomspennende trådløst system. I dag kommer telefoner, smartklokker og andre enheter noen ganger med induktive ladespoler, som lar dem lade trådløst gjennom resonant induktiv kobling. Men denne metoden er avhengig av direkte kontakt mellom enheten og en ladepute - knapt den usammenhengende fremtiden Tesla forestilte seg.

Det er der Energous og Ossia kommer inn. Begge fokuserer på å utvikle "ekte" trådløs lading som fungerer over luften (OTA) slik at du kan slå på avstand. Dette er den trådløse ladingen vi ble lovet for over hundre år siden. Kan vår avhengighet av kabler eller bundne ladeløsninger endelig ta slutt?

Hvorfor dagens trådløse lading mislykkes

Selv om trådløs lading har eksistert i mange år, hadde den et stort løft i fjor, da Apple kunngjorde at de nye telefonene hadde funksjonen. Qi, brukt av de fleste telefoner (inkludert iPhones), og den mindre kjente PMA er de to formene for trådløs lading som brukes av nåværende forbrukerorienterte enheter. Begge standardene krever en eller flere induksjonsspoler i en ladepute for å overføre strøm og en annen i enheten som lades.

Det er noen mindre forskjeller mellom de to standardene, men de har de samme begrensningene: behovet for veldig tett kontakt mellom enheten og ladeputen, samt riktig innretting av induksjonsspolene, for å overføre strøm.

Utvalget kan utvides litt: FCC Office of Engineering and Technology Laboratory Division godkjente nylig en økning i avstand på opptil 20 cm, potensielt ved bruk av flere ladespoler. Foreløpig benytter ingen produkter for øyeblikket trådløs lading av lengre rekkevidde for induktive ladespoler.

Andre potensielle problemer med denne typen trådløs lading inkluderer varmeoppbygging. "Kretsene i den trådløse laderen må være nøye utformet for å forhindre at overflødig varme bygger seg opp i laderen og overføres til smarttelefonen din, " sier Jack Norton, direktør for elektroteknikk på Belkin. "Overflødig varme kan føre til lavere livet spenner over for den trådløse laderen på telefonens batteri."

Den viktigste grunnen til at trådløs lading er tregere enn å bruke en hurtigladet aktivert murstein, er at en enhet vil redusere ladehastigheten for å styre varmen og forhindre skade på sensitive komponenter. "Å styre varmen er definitivt en av utfordringene i trådløs overføring av strøm utover 10 watt, " sier Charlie Quong, VP for produktutvikling og prosjektering for Zagg (Mophie).

Termisk spredning kan håndteres på forskjellige måter, gjelder også: passiv luftstrøm, som betyr å plassere hull eller ventilasjonsåpninger på strategiske steder for å overføre varme fra enheten som lades; kjølevifter; varmeavleder laget av metall eller termisk lim; større boliger; spesialisert materiale; og mer effektive komponentoppsett. Men selv når du demper varmen, er induktiv ladningshastighet for telefoner begrenset. I følge Pablo Valentin, global produktsjef i Belkin, "er den raskeste produksjonen som er realisert i markedet akkurat nå, 15W, både fra ladersiden og telefonsiden."

Det betyr en enhet som Samsung Galaxy S9 +, som er rask ladekompatibel, kan juice opptil 50 prosent på 1 time og 34 minutter. Det er ikke så raskt som vanlig hurtiglading ved hjelp av en adapter (35 minutter til 50 prosent), men det er et stort skritt mot å gjøre trådløs lading rask og praktisk.

For større enheter som bærbare datamaskiner, som har mer overflate og ventilasjonsmuligheter, kan trådløs lading gå til 30 W eller mer. Men når det gjelder telefoner, ser du sannsynligvis frem til en ladehastighet fra 10 til 15 W for de fleste trådløse ladeputer, mens de fleste faller ned til tregere wattforbruk (5W) for å forhindre opphopning av varme. Det er ganske mye tregere enn en 27W Qualcomm Quick Charge 4.0+ strømadapter eller 29 W USB-C strømadapter for iPhone X, for eksempel.

En annen og kanskje mer betydelig ulempe ved induktiv trådløs lading innebærer størrelsen på ladespolene. "Det er forskjellige spoledesign som kan implementeres, avhengig av applikasjonen, men størrelsen på spolen må optimaliseres og kalibreres riktig for at et trådløst ladesystem skal fungere ordentlig, " sa Quong.

Ladespiraler kan gjøres for å passe på små enheter som Bluetooth ørepropper, men slike spoler er uvanlig. I følge Gary Gao, leder for trådløs lading for Anker, er den vanligste spoledesignen 50 mm i diameter slik Qi-standarden krever.

Endelig er den største begrensningen av trådløs Qi-lading mangelen på hvilke enheter den kan implementeres på. "Akkurat nå, hvis du ser på trådløs lading, ser du det først og fremst på telefonen din, og noen få andre tilfeldige enheter som smartklokken fra Apple, " sa Energous president og administrerende direktør Stephen Rizzone. "Men det går ikke lenger enn det, og en del av det er på grunn av begrensningene i den teknologien."

Hvordan ser dette ut?

Selv om andre selskaper utforsker denne plassen, kommer trådløse ladestandarder Energous og Ossia nærmest overensstemmende med Nikola Teslas visjon. De to teknologiene bruker forskjellige radiofrekvenser, men begge lar deg lade en enhet på avstand, og overfører strøm over luften uten å bruke kabler eller induktive ladespoler.

Energous: Energous trådløs ladeteknologi fungerer med selskapets proprietære WattUp-sender og mottaker. Den fungerer på samme måte som Wi-Fi ved å overføre strøm i 900 MHz-frekvensen til mottakeren, som konverterer RF-signalet til likestrøm.

Energous bruker stråleforming for midtfelt- og fjernfeltsendere: en retningsantenneanordning sender energi direkte til mottakeren. Ved hindringer kan den reflektere energibjelker fra vegger og tak, selv om dette resulterer i noe effektivitetstap. Teknologien fordeler seg i tre forskjellige typer trådløs lading: nærfelt, midtfelt , og langt felt, med varierende omfang.

Energisk WattUp midtfeltsender-design

WattUp-feltlading krever en sender som kan plugge eller være innebygd i eksisterende elektronikk - bærbare datamaskiner, spillkonsoller, nettbrett og andre enheter. Den er sertifisert i henhold til del 18 av FCC-kravene: Det betyr at den kan produsere opptil 10W strøm på grunn av tettere nærhet til senderen. Rizzone ser for seg at WattUp lader enheter med høyere avløp, for eksempel telefoner, mens de fremdeles kan lade andre enheter med den samme ladekretsen.

Midtfeltssenderen er sertifisert i henhold til del 18 av FCCs regler, slik at den kan sende store strømutganger i en avstand på 2 til 3 fot, med standard brukskasse som et skrivebordsoppsett. Energous ser for seg at den blir designet til en stasjonær høyttaler og lader flere enheter plassert rundt den. Far-field er den lengste rekkevidden for tiden: 15 fot. En typisk brukstilfelle ville være en stue.

I hver implementering av nærfelt, midtfelt og fjernfeltlading forestiller Rizzone seg tett integrering med eksisterende forbrukerprodukter. "Du har ikke tenkt å ha en stor ting som ser ut av ruteren-typen, " sa han. "I stedet ville du først og fremst lagt den teknologien inn i rammen til et fjernsyn, det kan være en lydstang , kan det være noen få forskjellige ting som allerede er i rommet."

Energisk WattUp-felt-sendersdesign

I tillegg til å lade på avstand, vil hver sender støttes av et programvarelag (app- eller nettportalbasert) for å tillate strømstyring av enheter koblet til de forskjellige WattUp-senderne. Du kan kontrollere hvilke enheter som er ladet og forhindre at senderen lader naboens enheter. Midtfelt- og fjernfeltsendere lar deg også angi enhetsprioriteter og regler for lading og autentisering og konfigurere ladesoner. Kortdistansesentralen er mer tradisjonell: Du kan ikke angi prioriteringer eller laderegler, men når du har droppet enheten på ladeplaten, kan du se batterinivået og forventet tid til å lade helt opp.

Senderen "ser alle de forskjellige Bluetooth-enhetene som er i rommet, " sa Rizzone. "Den identifiserer hvilke som er nær nok til å bli belastet og identifiserer også at de er autorisert på nettverket, og deretter overvåker den faktisk, med sensorer, hva brukeren vanligvis gjør."

Denne typen programvarebasert strømstyring er viktig, sa Rizzone, fordi "under del 15-regler kan du bare sende en watt strøm ut. Det betyr at ved en fot unna kommer du til… en milliwatt eller lavere. Så en veldig, veldig liten mengde. " (FCC del 18 begrenser ikke mengden strøm).

Med den utbredte adopsjonen av WattUp-sendere, skjønt (hvor langt det måtte være), vil du kunne gå til en kaffebar og til og med reise uten å måtte ha adaptere eller kabler: Ulike sendere i offentlige og private rom ville fylle opp dine forskjellige enheter slik du trenger dem og i henhold til bruksmønstrene dine.

Ossia: Energous er fokusert på trådløs lading på forbrukernivå, men Ossia har en større skala i tankene.

I likhet med Energous, ligner selskapets teknologi Wi-Fi og bruker 2, 4 GHz-spekteret (det vurderer 5, 8 GHz-spekteret for fremtiden) under den proprietære "Cota" -standarden. Ossias mottaker sender et laveffekt fyrsignal til Cota Power Transmitter. Senderen dirigerer deretter strøm langs den samme banen, mens mottakeren konverterer RF-signalet til likestrøm. Det gjør at Ossias sender kan sende strøm til flere Cota-aktiverte enheter samtidig og sende strøm til objekter i bevegelse. Det omgår også effektivt objekter som er i veien, siden signalet ikke går gjennom mennesker, dyr eller annet organisk materiale.

Den nåværende implementeringen av Ossias teknologi vises for øyeblikket av to prototypenheter - Cota Forever Battery og Cota Tile. Forever Batteriet er en AA eller AAA-batteri som trådløst mottar strøm fra en Cota Power Transitter på 2, 4 GHz-båndet. Cota Tile er en sender som kan levere flere watt strøm til Cota-aktiverte enheter i nærheten og milliwatt i en avstand på 30 fot. Den opererer på et større område enn Energous fjernfeltsender, men dette krever at senderen er større.

"Vi vet at signaler slipper av på veldig avstand veldig raskt, og vi får ikke veldig kraft i et fjernt felt, " sa Hatem Zeine, Ossias grunnlegger CTO. Han forklarte at selskapet designer antenner og sendere til å være store nok til å utvide område av nærområdet.

Zeine var opptatt av å påpeke at for forbrukerne er nøkkelen til å gi nyttig trådløs strøm ikke nødvendigvis å overføre en høy grad av strøm til en eller to enheter. "Tanken er at makten må være kontinuerlig, uansett hvor fort du går, " sa han. "Dette systemet kjører 2, 4 GHz med 20 watt ut. På omtrent en meter får vi over 6 watt strøm, og på to meter snakker vi om noen få watt, 2 til 3 watt, og deretter på slutten av rom vi snakker om 1 watt. Så nå, plutselig… har hver kubikk tomme i dette rommet strøm."

Med andre ord, mens en Cota Tile kan ta lang tid å drive en telefon, bortsett fra på nært hold, er den mer enn i stand til å holde alle enheter i en stue toppet - fra spillkontrollere til sikkerhetskameraer.

Metoden for å koble enheter til Cota Tile ligner på tradisjonell Bluetooth- eller Wi-Fi-parring. Oppsettet lar deg kontrollere hvilke enheter som blir ladet og administrere dem mens de lader. "Hvis det er en intelligent enhet som dette, kan du i utgangspunktet gå inn i systemet her og si 'Legg meg til strømnettet', og det vil snakke med, " sa Zeine.

Cota Cloud-programvaren kan definere prioriteten til enheter som får strøm og viser enhetens grunnleggende strømbruk. Når du bruker Cota Tile i stor skala, kan administratoren konfigurere og administrere brukere. Med prioritert lading lader Cota Tile først enheter med lavere batterinivå; Cota-mottakeren kommuniserer med senderen om hvor mye strøm den trenger. Når det ikke er noen enheter innen rekkevidde som må lades, går Cota Tile over i hvilemodus, så det ikke kaster bort energi eller overfører strøm til enheter som allerede er fylt opp.

Cota Tile er i stand til å drive en rekke enheter i et rom fordi den ikke trenger å operere på siktlinje. Et par Cota Tiles er dobbelt så effektive og avgir fire ganger kraften til a Singla Cota Tile. Så på et lager, for eksempel, kan mange Cota Tiles slå seg sammen for å gi hundrevis eller tusenvis av kompatible enheter.

"Det er unikt, for når du setter to eller kanskje til og med fire sammen, og du kan se for deg det i taket, kan den mengden strøm gi en kaffebar, " sa Zeine. "Det er en legitim distribusjon kommersielt, der vi kunne drive flere smarttelefoner samtidig…. Den andre unike tingen ved å ha flere fliser er at de ikke trenger å være rett ved siden av hverandre. Du kan plassere dem fra hverandre og derfor lage en maktsituasjon. " Som for eksempel å gå langs en korridor på en flyplass.

Siden Ossias teknologi bruker samme 2, 4 GHz-bånd som Wi-Fi gjør, er det lite ekstra maskinvare som trengs for å gjøre eksisterende enheter i stand til å jobbe med Cota Tile. "Målet er til syvende og sist , elektronikken… vil være akkurat som Wi-Fi, integrert i enheten, "sa Ossias administrerende direktør Mario Obeidat.

En IoT-revolusjon

Evnen til WattUp-feltfeltsenderen og Cota Tile til å overføre data sammen med strøm gjør dem spesielt overbevisende for tingenes internett. "Det er ikke mulig å komme til en billion IoT-enheter uten trådløs strøm, " sa Jennifer Grenz, Ossias markedsdirektør, i et selskapets blogginnlegg. "Trådløs strøm kommer til å gå hånd i hånd med utviklingen i hele dette markedet."

Det beste eksemplet på dette er Ossias Cota Forever Battery. Den kan plasseres i røykvarsler, og sparer deg for å lade dem og gir mulighet for overføring av data ved å gi deg Cota Cloud: skybasert programvare som gir mulighet for strømstyring av forskjellige enheter.

"La oss si at røykvarsleren din på kjøkkenet går av, " sa Zeine. "Batteriet vil merke at røykvarsleren har endret strømtrekkemønster og vet at dette nye mønsteret faktisk er alarmen som går. Det sender en melding til telefonen din; Cota Cloud vil fortelle deg at 'Hei, din røyk detektoren går av. ' Dette gjør dumme enheter smarte. Det bringer dem til internettalderen."

Med både Energous og Ossia er programvarelaget en viktig komponent i det som gjør dem så spillendrende, siden de gir mulighet for intelligent strømstyring. Vi har alle enheter som trenger lading, og når vi lader dem, er det opp til oss. Vi kan lade en telefon hver dag, bærbar med noen få dager, en spillkontroller når vi bruker den. Med trådløs strøm vil programvaren gjøre det valget for deg basert på bruksmønstre, livsstil og til og med tiden på dagen.

I hovedsak tar både WattUp-sendere og Cota Tile brukeren byrden når de bestemmer hvilken enhet som skal lades og når, og ta det på seg selv. Det er så nær en sømløs, kabelfri tilværelse som du kan få.

Kutte en ledning om gangen

Rent praktisk er denne teknologien fortsatt noen år fra implementering for både forbrukere og bedrifter, men potensielle brukssaker er allerede tydelige. Begge teknologiene lar deg effektivt kutte ledningen hjemme. Telefoner trenger ikke å være koblet til. Spillkontrollere vil lade etter bruk. Røykdetektorer vil aldri trenge å bytte batterier.

Forutsatt utbredt implementering i offentlige rom som kaffebarer og kontorbygg, kan det uendelige kryptere for ladere, kabler og bærbare batterier bli en saga blott. "I fremtiden vil du gå inn på en kaffebar. Hvis den har Cota-logoen, og du vet at telefonen din har Cota, betyr det at du får strøm når du er på kaffebaren, " sa Obeidat. "Det er den typen standard vi lager."

Men den største effekten vil sannsynligvis merkes med enheter med lite strømforbruk som må lades (eller batteriene skiftes) sjelden. Rizzone siterte faren til Gordon Bell, Energous VP for Marketing, som et eksempel på noen som ville ha stor nytte av Energous 'teknologi, selv om han ikke har mange tilkoblede enheter. "Min kollegas far har høreapparat… Det som skjer er at han har disse små bittesmå batteriene som er på størrelse med et granateplefrø, og han må legge det inn der og bytte ut batteriet. Det er et mareritt for en eldre person."

Med en midtfelt- eller fjernfeltsender vil høreapparater kunne lade i løpet av en hel dag, i samsvar med bruksmønstrene til den enkelte bruker.

Selvfølgelig vil enheter som telefoner og Bluetooth-hodetelefoner som oftere trenger strømforsterker også se et skifte til trådløs lading, ifølge Rizzone: "Mange enheter du for øyeblikket kobler til og kobler til hver en dag, etterhvert, brytes det lille, lille spissen av mikro-USB-porten. Den slites ut, eller du fastkjørte den på feil måte, saltvann kommer inn der, svetter, osv. Det er en feildel eller et feilpunkt for det produktet. Så selskaper prøver å kvitte seg med det."

Radiostråler overalt: er vi trygge?

Energous transmisjonsteknologi med lengre rekkevidde er sertifisert under FCC del 18 og del 15 mens Ossia har bestått viktige tester for FCC godkjenning av Cota Transmitter, og godkjenning forventes om kort tid. Disse reglene stiller krav til RF-eksponering og begrenser kraftoverføringsnivåer. RF-eksponering må måles for brukere og tilskuere under forskjellige trådløse konfigurasjoner. Som hovedregel kreves høyere RF-kraft for å operere med lavere frekvens.

I elbilindustrien har trådløs lading allerede blitt implementert i stor utstrekning og kan indikere hva slags krav vi kan se til elektroniske enheter. I følge en artikkel av Joe Bablo , Ken Boyce, og Hai Jiang ved Underwriters Laboratory, bortsett fra de normale sikkerhetsproblemene som gjelder for enhver elektrisk overføring (brann, støt), må det trådløse ladesystemet vise at det kan fungere i farlige forhold og oppdage og slå av når en organisk objekt inngår blant andre krav.

Siden den kraftige energiske og Ossia-teknologien bruker de samme radiofrekvensene som Wi-Fi, vil man håpe at det ikke er noen helseeffekter - men det er overraskende få vitenskapelige svar på dette spørsmålet. The Nation har rapportert at den trådløse industrien har forsøkt å begrense mengden forskning som kan gjøres for virkningen av trådløs stråling på folkehelsen: "Mangel på definitivt bevis på at en teknologi er skadelig betyr ikke at teknologien er trygg, men trådløs industri har lyktes med å selge denne logiske feilen til verden. I sannhet har sikkerheten til trådløs teknologi vært et uoppgjort spørsmål siden bransjens tidligste dager, "skrev forfatterne Mark Hertsgaard og Mark Dowie. "Resultatet er at milliarder av mennesker over hele verden de siste 30 årene har blitt utsatt for et massivt folkehelseeksperiment: Bruk en mobiltelefon i dag, finn ut senere om den forårsaker kreft eller genetisk skade."

Cota-signalet spretter av vegger og gjenstander mens de unngår mennesker. Kraft leveres langs disse stiene.

I følge Ossia er Cota-teknologi imidlertid trygt for mennesker og kjæledyr, og forstyrrer ikke Wi-Fi eller står overfor problemene med overoppheting av trådløs Qi-lading. "2, 4 GHz og oppover varmes ikke opp metall selv. De reflekterer metall "Sa Obeidat.

Energous hevder det samme. "Vi sprenger ikke energi over alt, " påpekte Rizzone. "Vi planter en liten, unik energilomme rundt enheten, og den overfører den enheten."

Med FCC-sertifisering og ingen bevis for det motsatte, bør trådløs overføringsteknologi ikke være farligere eller skadelig enn Wi-Fi eller noe annet RF-spektrum vi blir utsatt for hver dag. Kanskje ikke det mest trøstende svaret, men det eneste som er lett tilgjengelig.

Vår trådløse fremtid

Energous samarbeidspartnere med Dialog Semiconductors, en stor elektronikkprodusent, for å produsere sendere og mottakere mens Ossia samarbeider med Motherson og Molex, og det har lenge gått rykter om at energisk teknologi havner i et fremtidig Apple-produkt. Verken selskap produserer egen maskinvare, og lager heller ikke forbrukerprodukter.

Energous er primært et lisensieringsselskap, og produktene er partnerbaserte. Myant s skiin fitness- og helsesporingsklær, som forventes å sendes i sommer, er de første WattUp-aktiverte produktene. Og verken Ossias Cota Forever-batteri eller den betydelige Cota Tile kan kjøpes. Selskapet jobber med å få flisen til en mindre og mer effektiv formfaktor.

"Det fremtidige systemet vi jobber med vil oppnå 10 meter og 20 meter, " sa Zeine. "Vi er fokusert på skalaer der folk vil bruke dette, så hvis de vil legge dette i taket på Mobile World Congress, kan du designe et system som kan dekke 80 eller 100 meter. Hvis det er for et hjem, trenger du ikke trenger ikke et system som er så stort."

Det første du ser større Tile er i din lokale Walmart. I dette tilfellet vil du ha flere Cota Tiles som gir strøm til tusenvis av RFID-brikker med lav effekt. Og taggene, som kan vise priser, rabatter og strekkoder , kunne alle administreres av programvare. Det er ikke den mest spennende implementeringen, men det er den som mest sannsynlig vil skje snart.

Til syvende og sist trenger trådløs ladeteknologi noen år til, noen flere produkt kunngjøringer og sertifiseringer, og litt eksperimentering fra store forhandlere. Så ikke kast ut kabler og ladere ennå. Men den utbredte adopsjonen av Qi induktiv lading på telefoner og bærbare klær er sterke bevis på at både produsenter og forbrukere er ivrige etter å slå fast.

Ankers Gao tar et forsiktig optimistisk syn. Om ett eller to år, sa han, skulle vi se flere og flere telefoner som kan lade trådløst, og han regner med at effektiviteten for trådløs lading vil ha nådd nivået på kablet lading. Gao sa også at han håper at vi i løpet av tre til fire år har en "ekte posisjonsfri teknologi", sannsynligvis med debut på et bærbart apparat.

Trådløs strøm har alltid virket som et arbeid som pågår. Fra Nikola Tesla til nå har løftet alltid vært "den trådløse kraftrevolusjonen kommer", men det ser aldri ut til å komme. Det gjenstår å se om Energous og Ossia kan snu manuset.

Men det er en grunn til at trådløs strøm er en idé som nekter å dø. Det lover frihet fra å arrangere livene våre rundt alle de mange maktsultne enhetene vi har skaffet oss, og hver og en fungerer som et bindemiddel som begrenser bevegelsen vår. Og det løftet er verdt å vente på.