Беспроводная сила идет

Mobile World Congress - одно из тех событий, которое заставляет вас осознать, что тонкая грань между цивилизацией и варварством - это ширина одного зарядного кабеля.

Любой, кто посещал MWC (или любую крупную торговую выставку), знаком с ползучим страхом, вызванным просачиванием заряда батареи вашего телефона в течение очень долгого рабочего дня. Tweet by Tweet, фотография за фотографией, текст за текстом, процентные точки отсчитывают, пока вы не копаетесь в сумке за батарейным блоком среди клубков зарядных устройств и кабелей или не обыскиваете упакованные залы и нажимаете в залах для получения бесплатной точки подключения Оазис в пустыне.

Представьте, что вам никогда не приходилось искать розетку, носить с собой запасную батарею или снова вставлять множество кабелей в сумку; что все ваши устройства заряжались непрерывно, независимо от того, куда вы пошли. Когда-нибудь вам, возможно, не придется это представлять - потому что такие компании, как Energous и Ossia, работают над тем, чтобы сделать это реальностью.

Никола Тесла впервые представил систему беспроводной передачи энергии в начале 1890-х годов; он даже попытался построить экспериментальную станцию ​​Wardenclyffe Tower, которая, как он надеялся, станет первой в мировой беспроводной системе. Сегодня телефоны, умные часы и другие устройства иногда поставляются с индуктивными зарядными катушками, которые позволяют им заряжаться по беспроводной сети через резонирующий индуктивная связь. Но этот метод основан на прямом контакте между устройством и зарядной площадкой - вряд ли это было будущее, которое Тесла мог себе представить.

Вот где вступают Energous и Ossia. Обе компании фокусируются на разработке «настоящей» беспроводной зарядки, которая работает по воздуху (OTA), чтобы вы могли включить питание на расстоянии. Это беспроводная зарядка, которую нам обещали более века назад. Может ли наша зависимость от кабелей или привязанных решений для зарядки наконец-то закончиться?

Почему сегодняшняя беспроводная зарядка разочаровывает

Хотя беспроводная зарядка существует уже много лет, в прошлом году она значительно выросла, когда Apple объявила, что ее новые телефоны имеют эту функцию. Qi, используемые большинством телефонов (включая iPhone), и менее известный PMA - это две формы беспроводной зарядки, используемые современными устройствами, ориентированными на потребителя. Оба стандарта требуют, чтобы одна или несколько индукционных катушек в зарядной площадке передавали энергию, а другая - в заряжаемом устройстве.

Между этими двумя стандартами есть некоторые незначительные различия, но они имеют одни и те же ограничения: необходимость очень тесного контакта между устройством и зарядной площадкой, а также правильное выравнивание индукционных катушек для передачи мощности.

Диапазон может быть немного расширен: Отделение Инженерно-технической лаборатории FCC недавно одобрило увеличение расстояния до 20 см, возможно, за счет использования нескольких зарядных катушек. Пока что, однако, ни один продукт в настоящее время не использует беспроводную зарядку на большие расстояния для индуктивных зарядных катушек.

Другие потенциальные проблемы с этим типом беспроводной зарядки включают накопление тепла. «Схема в беспроводном зарядном устройстве должна быть тщательно продумана, чтобы предотвратить накопление избыточного тепла в зарядном устройстве и его передачу на смартфон», - сказал Джек Нортон, директор по электротехнике в Belkin. «Избыток тепла может привести к снижению продолжительность жизни для беспроводного зарядного устройства аккумулятора вашего телефона."

Основная причина того, что беспроводная зарядка медленнее, чем использование блока питания с быстрой зарядкой, заключается в том, что устройство снижает скорость зарядки для управления нагревом и предотвращения повреждения чувствительных компонентов. «Управление теплом, безусловно, является одной из задач беспроводной передачи энергии, превышающей 10 Вт», - сказал Чарли Куонг, вице-президент по разработке и проектированию продуктов для Zagg (Mophie).

Термическим рассеиванием можно управлять различными способами, в том числе: пассивный поток воздуха, который означает размещение отверстий или вентиляционных отверстий в стратегически важных местах для отвода тепла от заряжаемого устройства; охлаждающие вентиляторы; радиаторы из металла или термоклея; большее жилье; специализированный материал; и более эффективные компоновки компонентов. Но даже когда вы уменьшаете нагрев, скорость индуктивной зарядки для телефонов ограничена. По словам Пабло Валентина, глобального менеджера по продукции в Belkin, «самый быстрый выход, реализованный на рынке сейчас, составляет 15 Вт, как со стороны зарядного устройства, так и со стороны телефона».

Это означает, что устройство, такое как Samsung Galaxy S9 +, которое быстрый совместим с зарядом, может сок до 50 процентов за 1 час 34 минуты. Это не так быстро, как обычная быстрая зарядка с использованием адаптера (от 35 минут до 50 процентов), но это большой шаг к быстрой и удобной беспроводной зарядке.

Для более крупных устройств, таких как ноутбуки, которые имеют большую площадь поверхности и возможности вентиляции, беспроводная зарядка может достигать 30 Вт или более. Но когда дело доходит до телефонов, для большинства беспроводных зарядных устройств вы все равно предпочитаете скорость зарядки от 10 Вт до 15 Вт, при этом большинство из них переключаются на более медленную мощность (5 Вт), чтобы предотвратить накопление тепла. Это немного медленнее, чем, например, адаптер питания Qualcomm Quick Charge 4.0+ 27 Вт или адаптер питания USB-C 29 Вт для iPhone X, например.

Другой и, возможно, более существенный недостаток индуктивной беспроводной зарядки - это размер зарядных катушек. «Существуют разные конструкции катушек, которые могут быть реализованы в зависимости от применения, но размер катушки должен быть оптимизирован и откалиброван правильно, чтобы система беспроводной зарядки работала должным образом», - сказал Куонг.

Зарядные катушки могут быть приспособлены для небольших устройств, таких как наушники Bluetooth, но такие катушки встречаются редко. По словам Гари Гао, лидера беспроводной зарядки для Anker, наиболее распространенная конструкция катушки имеет диаметр 50 мм, как того требует стандарт Qi.

Наконец, самым большим ограничением беспроводной зарядки Qi является недостаток устройств, на которых она может быть реализована. «Прямо сейчас, если вы посмотрите на беспроводную зарядку, вы увидите это в первую очередь на своем телефоне и на нескольких других случайных устройствах, таких как умные часы от Apple», - сказал президент и исполнительный директор Energous Стивен Риззоне. «Но на самом деле это не выходит за рамки этого, и отчасти это связано с ограничениями этой технологии».

Как это выглядит?

Хотя другие компании изучают это пространство, стандарты беспроводной зарядки Energous и Ossia наиболее близки к идеям Николая Теслы. Эти две технологии работают с использованием разных радиочастот, но обе они позволяют заряжать устройство на расстоянии, передавая энергию по воздуху без использования кабелей или индуктивных зарядных катушек.

Energous: технология беспроводной зарядки Energous работает с фирменным передатчиком и приемником компании WattUp. Он работает аналогично Wi-Fi, передавая мощность на частоте 900 МГц приемнику, который преобразует РЧ-сигнал в мощность постоянного тока.

Energous использует формирование луча для передатчиков среднего и дальнего полей: направленная антенная решетка направляет энергию непосредственно в приемник. В случае препятствий он может отражать пучки энергии от стен и потолков, хотя это приводит к некоторой потере эффективности. Технология разбивается на три различных типа беспроводной зарядки: ближняя зона, середина поля и дальнее поле, с различными диапазонами.

Конструкция передатчика Energous WattUp для среднего поля

Для зарядки ближнего поля WattUp требуется передатчик, который можно подключить или встроить в существующую электронику - ноутбуки, игровые приставки, планшеты и другие устройства. Он сертифицирован в соответствии с частью 18 требований FCC: это означает, что он может выдавать до 10 Вт мощности из-за ближе близость к передатчику. Rizzone ожидает, что WattUp заряжает устройства с более высокой потребляемой мощностью, такие как телефоны, и при этом может заряжать любое другое устройство с той же зарядной схемой.

Передатчик среднего поля сертифицирован в соответствии с Частью 18 правил FCC, поэтому он может отправлять большие выходы мощности на расстоянии от 2 до 3 футов, при этом стандартный вариант использования является настольной установкой. Energous предполагает, что он будет встроен в настольный динамик и будет заряжать несколько устройств, расположенных вокруг него. Дальняя зона - самая длинная в настоящее время: 15 футов. Типичным вариантом использования будет гостиная.

В каждой реализации тарификации ближнего, среднего и дальнего полей Rizzone предполагает тесную интеграцию с существующими потребительскими продуктами. «Вы не захотите иметь большую вещь, похожую на маршрутизатор», - сказал он. «Вместо этого вы бы в первую очередь положили эту технологию на ободок телевизора, это может быть звуковая панель , это может быть несколько разных вещей, которые уже находятся в комнате ".

Конструкция передатчика Energous WattUp для дальнего поля

В дополнение к зарядке на расстоянии каждый передатчик будет поддерживаться программным уровнем (на базе приложения или веб-портала), чтобы обеспечить управление питанием устройств, подключенных к различным передатчикам WattUp. Вы сможете контролировать, какие устройства заряжаются, и запретить передатчику заряжать устройства ваших соседей. Передатчики среднего и дальнего полей также позволяют устанавливать приоритеты и правила устройства для зарядки и аутентификации, а также настраивать зоны зарядки. Передатчик ближнего действия более традиционный: вы не можете устанавливать приоритеты или правила зарядки, но как только вы уроните устройство на зарядную панель, вы сможете увидеть уровень заряда аккумулятора и ожидаемое время полной зарядки.

По словам Риззоне, передатчик «видит все различные Bluetooth-устройства, находящиеся в комнате». «Он определяет, какие из них достаточно близки для зарядки, а также указывает, что они авторизованы в сети, а затем фактически контролирует с помощью датчиков то, что обычно делает пользователь».

Этот тип программного управления питанием жизненно важен, сказал Риззон, потому что «в соответствии с правилами части 15 вы можете отправлять только один ватт мощности. Это означает, что на расстоянии одного фута вы получите… один милливатт или меньше Так что очень, очень небольшое количество ". (FCC Part 18 не ограничивает количество энергии).

Однако, благодаря широкому распространению передатчиков WattUp (какими бы далекими они ни были), вы сможете ходить в кафе и даже путешествовать без необходимости носить с собой адаптеры или кабели: различные передатчики в общественных и частных помещениях будут пополняться. ваши различные устройства, как вам нужно, и в соответствии с вашими моделями использования.

Ossia : Energous ориентирован на беспроводную зарядку на уровне потребителя, но Ossia имеет в виду больший масштаб.

Как и в случае с Energous, технология компании аналогична технологии Wi-Fi и использует спектр 2, 4 ГГц (в будущем он рассматривает спектр 5, 8 ГГц) в соответствии со своим фирменным стандартом «Кота». Приемник Ossia отправляет сигнал маяка с низким энергопотреблением на передатчик мощности Cota. Затем передатчик направляет мощность по тому же маршруту, а приемник преобразует РЧ-сигнал в мощность постоянного тока. Это позволяет передатчику Ossia одновременно подавать питание на несколько устройств с поддержкой Cota и передавать энергию на объекты в движении. Он также эффективно обходит находящиеся на пути объекты, поскольку сигнал не проходит через людей, животных или другие органические вещества.

Текущая реализация технологии Ossia в настоящее время демонстрируется двумя прототипами устройств - Cota Forever Battery и Cota Tile. Батарея навсегда АА или батарея типа AAA, которая по беспроводной связи получает энергию от передатчика энергии Cota в диапазоне 2, 4 ГГц. Cota Tile - это передатчик, способный подавать несколько ватт мощности на устройства с поддержкой Cota, находящиеся рядом с ним, и милливатты на расстоянии 30 футов. Он работает на большей дальности, чем передатчик дальнего поля Energous, но для этого требуется, чтобы передатчик был больше.

«Мы знаем, что на расстоянии сигналы падают очень быстро, и мы не получаем большой мощности в дальней зоне», - сказал Хатем Зейн, технический директор Ossia. Он объяснил, что компания проектирует антенны и передатчики, чтобы быть достаточно большими, чтобы расширить ассортимент ближнего поля.

Zeine стремился указать, что для потребителей ключ к обеспечению полезного беспроводного питания не обязательно должен передавать высокую степень мощности на одно или два устройства. «Идея в том, что сила должна быть непрерывной, независимо от того, как быстро вы идете», - сказал он. «Эта система работает на частоте 2, 4 ГГц с выходной мощностью 20 Вт. Примерно с метра мы получаем мощность более 6 Вт, а на двух метрах мы говорим о нескольких Вт, от 2 до 3 Вт, а затем на конец комната мы говорим о 1 Вт. Так что теперь, внезапно… каждый кубический дюйм этой комнаты имеет силу ".

Другими словами, хотя Cota Tile может потребовать много времени для питания телефона, кроме как на близком расстоянии, он более чем способен держать все устройства в гостиной на должном уровне - от игровых контроллеров до камер безопасности.

Способ подключения устройств к Cota Tile аналогичен традиционному соединению Bluetooth или Wi-Fi. Настройка позволяет вам контролировать, какие устройства заряжаются и управлять ими во время зарядки. «Если это интеллектуальное устройство, подобное этому, то вы можете зайти в систему и сказать« добавьте меня в электросеть », и оно будет разговаривать», - сказал Зейн.

Программное обеспечение Cota Cloud способно определять приоритет устройств, которые получают питание, и отображать базовое энергопотребление устройства. При широком использовании Cota Tile администратор может настраивать пользователей и управлять ими. При приоритетной зарядке Cota Tile сначала заряжает устройства с более низким уровнем заряда батареи; Cota-приемник связывается с передатчиком о том, сколько энергии ему нужно. Когда в радиусе действия нет устройств, которые нужно заряжать, Cota Tile переходит в режим ожидания, поэтому он не тратит энергию и не передает энергию на устройства, которые уже пополнены.

Плитка Cota может питать различные устройства в комнате, потому что она не должна работать на линии прямой видимости. Пара Cota Tiles в два раза эффективнее и излучает в четыре раза больше энергии. Singla Кота Тайл. Так, например, на складе многочисленные Cota Tiles могут объединяться для питания сотен или тысяч совместимых устройств.

«Это уникально, потому что, когда вы соединяете два или даже четыре вместе, и вы можете представить это в потолке, такое количество энергии может питать кафе», - сказал Зейн. «Это законное коммерческое развертывание, где мы можем одновременно подключать несколько смартфонов… Еще одна уникальная особенность наличия нескольких плиток - они не должны быть рядом друг с другом. Вы можете расположить их друг от друга и, следовательно, создать энергетическая ситуация. " Как, скажем, гулять по коридору в аэропорту.

Поскольку в технологии Ossia используется та же полоса 2, 4 ГГц, что и в Wi-Fi, для работы существующих устройств с Cota Tile требуется немного дополнительного оборудования. «Цель в конечном счете «Электроника… будет похожа на Wi-Fi, встроенный в устройство», - сказал генеральный директор Ossia Марио Обейдат.

IoT Revolution

Способность передатчика дальнего поля WattUp и Cota Tile передавать данные вместе с мощностью делает их особенно привлекательными для Интернета вещей. «Невозможно добраться до триллиона IoT-устройств без беспроводной связи», - сказала Дженнифер Гренц, вице-президент Ossia по маркетингу, в своем блоге. «Беспроводное питание будет идти рука об руку с развитием всего этого рынка».

Лучший пример этого - Cota Forever Battery от Ossia. Он может быть помещен в дымовую сигнализацию, освобождая вас от зарядки, а также позволяя передавать данные, предоставляя вам облачное программное обеспечение Cota Cloud: управление питанием различных устройств.

«Допустим, ваш детектор дыма на кухне выключается», - сказал Зейн. «Батарея заметит, что детектор дыма изменил свою схему подачи энергии, и знает, что эта новая схема фактически сработала сигнализация. Она отправляет сообщение на ваш телефон; Облако Cota скажет вам, что« Эй, ваш дым детектор уходит. Это делает глупые устройства умными. Это приводит их к эпохе Интернета ».

Как для Energous, так и для Ossia программный уровень является ключевым компонентом того, что делает их такими революционными, поскольку они обеспечивают интеллектуальное управление питанием. У всех нас есть устройства, которые нуждаются в зарядке, и когда мы их заряжаем, зависит от нас. Мы можем заряжать телефон каждый день, носимый каждые несколько дней, игровой контроллер всякий раз, когда мы его используем. Благодаря беспроводному питанию, программное обеспечение сделает этот выбор за вас в зависимости от ваших моделей использования, образа жизни и даже времени суток.

По сути, как передатчики WattUp, так и Cota Tile берут на себя нагрузку от пользователя при выборе устройства для зарядки и когда, и возьми на себя. Он настолько близок к беспрепятственному существованию без использования кабелей, насколько это возможно.

Разрезание одного шнура за раз

С практической точки зрения, эта технология все еще находится на стадии внедрения как для потребителей, так и для предприятий, но потенциальные варианты использования уже очевидны. Обе технологии позволят вам эффективно перерезать шнур дома. Телефоны не нужно подключать. Игровые контроллеры будут заряжаться в зависимости от использования. Детекторы дыма никогда не нуждаются в замене батарей.

Предполагая широкое внедрение в общественных местах, таких как кафе и офисные здания, бесконечная борьба за зарядные устройства, кабели и портативные аккумуляторы может уйти в прошлое. «В будущем вы пойдете в кафе. Если на нем есть логотип Cota и вы знаете, что на вашем телефоне есть Cota, это означает, что вы получите питание, когда будете в кафе», - сказал Обейдат. «Это тот стандарт, который мы создаем».

Но наибольшее влияние, вероятно, будут ощущаться с устройствами с низким энергопотреблением, которые необходимо заряжать (или заменять батареи) нечасто. Риззоне привел в пример отца Гордона Белла, вице-президента по маркетингу Energous, в качестве примера того, кто значительно выиграет от технологии Energous, хотя у него не так много подключенных устройств. «Отец моего коллеги носит слуховые аппараты… Что происходит, у него есть эти маленькие крошечные батарейки размером с зерно граната, и он должен положить их туда и заменить батарею. Это кошмар для пожилого человека."

При использовании передатчика среднего или дальнего поля слуховые аппараты могут заряжаться в течение всего дня в соответствии со схемой использования отдельного пользователя.

Конечно, такие устройства, как телефоны и наушники Bluetooth, которые чаще всего нуждаются в повышении мощности, также увидят переход к беспроводной зарядке, согласно Rizzone: «Многие устройства, которые вы в настоящее время подключаете и подключаете, в один прекрасный день, в конце концов, этот крошечный наконечник вашего порта микро-USB сломается. Он изнашивается, или вы застряли неправильно, соленая вода попала туда, пот и т. д. Это часть отказа или точка отказа для этого продукта Поэтому компании пытаются избавиться от этого ».

Радиоволны везде: мы в безопасности?

Энергетическая технология передачи на большие расстояния находятся сертифицировано в соответствии с FCC Part 18 и Part 15, в то время как Ossia прошла ключевые тесты для одобрения FCC передатчика Cota, и утверждение ожидается в ближайшее время. Эти правила устанавливают требования к радиочастотному излучению и ограничивают уровни передачи мощности. Радиочастотное воздействие должно быть измерено для пользователей и посторонних лиц при различных конфигурациях беспроводной связи. Как правило, для работы на более низкой частоте требуется более высокая радиочастотная мощность.

В индустрии электромобилей беспроводная зарядка уже широко применяется и может указывать на то, какие требования мы можем предъявлять к электронным устройствам. По статье Джо Бабло Кен Бойс и Хай Цзян из лаборатории андеррайтеров, помимо обычных проблем безопасности, которые относятся к любой электрической передаче (пожар, удар), система беспроводной зарядки должна показать, что она может работать в опасных условиях, а также обнаруживать и отключать, когда Объект входит, среди других требований.

Поскольку технологии Energous и Ossia с более высокой мощностью используют те же радиочастоты, что и Wi-Fi, можно было бы надеяться, что они не повлияют на здоровье, но научных ответов на этот вопрос удивительно мало. Страна сообщила, что индустрия беспроводной связи пыталась ограничить объем исследований, которые могут быть проведены в отношении влияния радиации на здоровье населения: «Отсутствие окончательных доказательств того, что технология вредна, не означает, что технология безопасна, однако Индустрия беспроводных сетей успешно продала эту логическую ошибку миру. По правде говоря, безопасность беспроводных технологий была нерешенным вопросом с самых первых дней в отрасли », - пишут авторы Марк Хертсгаард и Марк Дауи. «Результатом является то, что за последние 30 лет миллиарды людей во всем мире были подвергнуты массированному эксперименту в области общественного здравоохранения: сегодня воспользуйтесь мобильным телефоном, а позже выясните, вызывает ли он рак или генетическое повреждение».

Сигнал маяка Кота отражается от стен и предметов, избегая при этом людей. Власть доставляется по этим путям.

Однако, по словам Ossia, технология Cota безопасна для людей и домашних животных и не мешает работе Wi-Fi и не сталкивается с проблемами перегрева беспроводной зарядки Qi. «2, 4 ГГц и выше сами не нагревают металл; они отражаются от металл "Обейдат сказал.

Энергичный утверждает то же самое. «Мы не взрываем энергию во всем», - отметил Риззоне. «Мы сажаем маленький уникальный карман энергии вокруг устройства, и оно передает это устройство».

Благодаря сертификации FCC и отсутствию доказательств обратного, технологии беспроводной передачи не должны быть более опасными или вредными, чем Wi-Fi или любой другой спектр РЧ, с которым мы сталкиваемся ежедневно. Возможно, не самый утешительный ответ, но единственный доступный.

Наше беспроводное будущее

Energous сотрудничает с Dialog Semiconductors, крупным производителем электроники, для производства своих передатчиков и приемников, в то время как Ossia сотрудничает с Motherson и Molex, и в течение долгого времени ходили слухи о том, что технология Energous окажется в будущем продукте Apple. Ни компания не производит свое собственное оборудование, ни сами производят потребительские товары.

Energous - это, прежде всего, лицензионная компания, а ее продукты основаны на партнерах. Myant-х Skiin Одежда для фитнеса и здоровья, которая должна появиться в продаже этим летом, является первой продукцией с поддержкой WattUp. И ни Ossia Cota Forever Battery, ни значительная Cota Tile не могут быть приобретены. Компания работает над тем, чтобы превратить Tile в меньший, более эффективный форм-фактор.

«Будущая система, над которой мы работаем, достигнет 10 и 20 метров», - сказал Зейн. «Мы сосредоточены на весах, где люди хотят использовать это, поэтому, если они хотят поставить это под потолок на Mobile World Congress, вы можете разработать систему, которая может охватывать 80 или 100 метров. Если это для дома, вы не наденете мне не нужна такая большая система ".

Первое место, где вы можете увидеть большую плитку в ваш местный Walmart. В этом случае у вас будет несколько Cota Tiles, обеспечивающих питание тысяч RFID-меток с низким энергопотреблением. И теги, которые могли бы показать цены, скидки и штрих-коды , все может управляться программным обеспечением. Это не самая захватывающая реализация, но, скорее всего, это произойдет в ближайшее время.

В конечном счете, технологии беспроводной зарядки требуется еще несколько лет, еще несколько анонсов продуктов и сертификатов, а также некоторые эксперименты крупных розничных сетей. Так что пока не выбрасывайте свои кабели и зарядные устройства. Но широкое распространение индуктивной зарядки Qi на телефонах и носимых устройствах является убедительным доказательством того, что как производители, так и потребители стремятся к тому, чтобы отвязаться.

Гао Анкер принимает осторожно оптимистичный взгляд. По его словам, через один или два года мы увидим все больше и больше телефонов, способных заряжаться по беспроводной сети, и он ожидает, что эффективность беспроводной зарядки достигнет уровня проводной зарядки. Гао также сказал, что он надеется, что через три-четыре года у нас появится «технология без позиционирования», которая, вероятно, дебютирует на носимых устройствах.

Беспроводное питание всегда казалось незавершенным. От Николы Теслы до сих пор обещание всегда было «грядет революция в области беспроводной связи», но, похоже, никогда не наступит. Еще неизвестно, смогут ли Энергоус и Оссия перевернуть сценарий.

Но есть причина, по которой беспроводное питание - это идея, которая отказывается умирать. Это обещает свободу в организации нашей жизни вокруг множества накопленных нами энергоемких устройств, каждое из которых действует как привязь, ограничивающая наше движение. И это обещание стоит ждать.