شارژ بی‌سیم گوشی هوشمند با استفاده از لیزر

پژوهشگران دانشگاه واشینگتن سیستمی طراحی کرده‌اند که از لیزر برای شارژ کردن بدون‌ سیم گوشی‌های هوشمند استفاده می‌کند. چشم انسان معمولا توانایی دیدن این لیزر شارژکننده و لیزرهای محافظ را ندارد؛ اما اشعه‌های قرمزی که در تصویر بالا در جای اشعه‌های محافظ قرار گرفته‌اند، برای درک بهتر مطلب هستند و درحقیقت چشم ما نمی‌تواند آن‌ها را ببیند.

اینکه هرشب گوشی خودتان را به شارژ بزنید، شاید کمی آزاردهنده باشد. فناوری شارژ بی‌سیمی نیز که سامسونگ بدین منظور از آن استفاده می‌کند، برد کمی دارد و گوشی باید روی جایگاه مخصوصی قرار بگیرد و در آنجا شارژ شود. از طرفی هم دستگاه‌ها برق را باید از طریق وای‌فای محیطی دریافت کنند و این وای‌فای برق کافی را ارائه نمی‌دهد؛ اما راهکار چیست؟ تیمی از مهندسان دانشگاه واشینگتن پیشنهاد کردند که راه‌‌حل تمامی این مشکلات استفاده‌ از لیزر است. ویکرام آیر، نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی این تیم در مورد ایده‌ی استفاده از لیزر چنین می‌گوید:

شما می‌توانید کیسی برای گوشی بسازید که دارای دریافت‌کننده‌ای در داخل خود باشد و سپس مجموعه‌ی لیزر را خریداری کنید. مشخصا دستگاهی می‌خواهید که کوچک‌تر و زیباتر باشد و همچنین به ابزارهای دیگر، مانند روتر وای‌فای نیازی نداشته باشد.

به‌عبارت دیگر می‌توانید گوشی خود را در هر جایی از اتاق که خواستید بگذارید. لیزر آن را پیدا می‌کند و به سلول‌های فتوولتائیک آن به‌صورت موازی اشعه می‌تاباند (مثل یک سلول خورشیدی، اما با پرتوهای متمرکزی از اشعه‌های نزدیک‌ به مادون قرمز) در این مورد تنها یک مانع وجود دارد: اینکه در اتاقتان برجک لیزری وجود دارد که پرتوهای لیزر را به‌سمتتان پرتاب می‌کند. در ادامه به چگونگی حل این مشکل نگاهی می‌اندازیم.

عموما از لیزر به‌ عنوان راهی برای برق‌رسانی‌ به مواردی نظیر ماهواره‌ها و هواپیماهای بدون سرنشین استفاده می‌‌شود یا اینکه انرژی خورشیدی فضایی را به زمین برمی‌گرداند که البته بی‌شک نمی‌توان هیچ‌کدام از این کارها را در داخل یک اتاق انجام داد.

تیم دانشگاه واشینگتن به‌ فکر ایمنی شما هم بوده است. این تیم قصد داشت تا برقی حدود یک وات را به دریافت‌کننده‌ای به سایز یک ناخن انتقال دهد؛ چنین میزانی برای شارژ کردن یک دستگاه کافی است؛ اما لیزر نزدیک‌ به مادون قرمزی که قادر باشد ۴/۳ وات به‌ازای هر سانتی‌متر مربع برق ارائه دهد، می‌تواند هم نامرئی باشد و هم به چشم انسان در عرض کمتر از ۱۰ میکروثانیه صدمه بزند که این زمان بسیار کم است. 

سوال اینجاست که چگونه می‌توان از کور شدن انسان در مقابل این اشعه‌های لیزری جلوگیری کرد و او را از مسیر پرتوهای لیزر دور نگه داشت؟ برای حل این مشکل باید تعداد لیزرها زیاد و قدرت آن‌ها به‌حدی کم باشد که نتواند چشم یا حتی پوست را بسوزاند. تیم پژوهشی از پس‌بازتابگر که به‌شکل یک مکعب سه قسمتی با سطوح داخلی آینه‌کاری‌شده است در اطراف سلول فتوولتائیک استفاده کرد. پس‌بازتابگر‌ها برخلاف آینه‌های مسطح که نور را با همین زاویه قبلی بازتاب می‌دهند، نور را از مسیری برمی‌گردانند که از آنجا آمده است. آیر می‌گوید:

پس‌بازتابگرها همان بازتابنده‌هایی هستند که در موتورها یا علائم جاده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این پس‌بازتابگرها یک شکل بی‌خطر و لوله‌مانند از نور را دور اشعه‌ی قدرتمندی تشکیل می‌دهند و آن را مانند یک میدان نیرو احاطه می‌کنند. اگر چیزی حصار بیرونی را بشکند، امیتر یا ساطع‌کننده‌ی لیزر، برق را از تفنگ لیزری قطع می‌کند.

سرعت سیگنال‌ها به‌اندازه‌ی سرعت نور است؛ بنابراین بسیار بعید به‌نظر می‌رسد که شما بتوانید دستتان را درمقابل اشعه‌ی خارجی قرار دهید و لیزر شارژکننده را لمس کنید. این تیم سریع‌ترین حرکت از جانب یک انسان را مورد بررسی قرار داد. سریع‌ترین حرکت دست انسان، حرکت یک بازیکن حرفه‌ای بیسبال است که اوج سرعت آن هنگام خم شدن مفاصل بازو به‌چیزی حدود ۴۴ متربرثانیه می‌رسد.

این تیم محاسبه کرد که فاصله‌ی اشعه‌ی پس‌بازتابگر لیزر اصلی باید چه‌ اندازه باشد تا اگر چیزی مثل چشم انسان پس‌بازتابگر را قطع کرد یا در مسیر آن قرار گرفت، این دستگاه به‌سرعت، قبل‌ از رسیدن لیزر به چشم، آن را قطع کند. این فاصله چیزی حدود ۱۰ سانتی‌متر است.

تنها مشکل باقی‌مانده، همان موردی است که مشکل تفنگداران اسکادارن سرخ در سری فیلم‌های جنگ ستارگان بود که سعی کردند ستاره‌ی مرگ را منفجر کنند! این مشکل هدف‌گیری است. صدای گوشی در حال شارژ در پاره‌ای از اوقات به فرکانسی می‌رسد که گوش انسان نمی‌تواند آن را بشنود. میکروفن‌هایی در امیتر لیزر تعبیه شده است که این صداها را جمع می‌کند و از زمان پرواز برای محاسبه‌ی موقعیت تقریبی گوشی استفاده می‌کند و سپس حلقه‌ی محافظ کم‌قدرت نور را تکان می‌دهد تا به پس‌بازتابگر برسد. زمانی‌که سیگنال برگشت، بافرض اینکه چشمی در مسیر نباشد، لیزر نزدیک‌ به مادون قرمز شروع‌ به شارژ گوشی می‌کند. بی‌شک هیچ‌کدام از چیزهایی که تاکنون خواندید، به‌ این زودی وارد مرحله‌ی فروش نخواهد شد. آیر می‌گوید:

این کارها فعلا در مرحله‌ی آکادمیک است. بسته‌ به اینکه چه‌ کسی (برند تجاری) به این اختراع علاقه نشان دهد، ما از آپشن‌های جدیدی برای توسعه و تایید آن استفاده خواهیم کرد. دلیلی که ما روی شارژ کردن تلفن همراه تمرکز کردیم، رایج‌بودن این وسیله است، ولی راه‌حل بدون سیم مناسبی برای آن وجود ندارد. استفاده‌‌ از لیزر بسیار ویژه بود.