Ingeniería: Adiós a los Cables

 

 

 

 

 

19 de Julio de 2007.
Imagínese un futuro en el que la transferencia inalámbrica de energía eléctrica es posible; los teléfonos móviles, los robots domésticos, los reproductores de mp3, los ordenadores portátiles y otros equipos electrónicos de bolsillo o maletín son capaces de recargarse por sí mismos, sin necesitar ser enchufados, librándonos de ese ubicuo cable que transporta la energía eléctrica a todas partes. Algunos de estos dispositivos podrían no necesitar siquiera sus voluminosas baterías para funcionar.

Un equipo del MIT ha demostrado experimentalmente un paso importante hacia ese asombroso futuro. Sus miembros son Andre Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, Peter Fisher y John Joannopoulos, dirigidos por Marin Soljacic.

Llevando a la práctica su reciente predicción teórica, lograron encender una bombilla de 60W por medio de una fuente de energía eléctrica a más de dos metros de distancia, y sin que existiera ninguna conexión física entre la fuente y la bombilla.

Varios métodos para transmitir energía eléctrica de forma inalámbrica han sido conocidos desde hace mucho tiempo. Quizás el ejemplo mejor conocido sea la radiación electromagnética, como por ejemplo las ondas de radio. No obstante, si bien tal radiación resulta excelente para la transmisión inalámbrica de información, no es factible emplearla para la transmisión de energía eléctrica. Como la radiación se difunde en todas direcciones, la mayor parte de la energía eléctrica terminaría disipándose en el espacio libre.

Utilizar la radiación electromagnética dirigida no es muy práctico e incluso puede resultar peligroso. Requiere de una visual ininterrumpida entre la fuente y el dispositivo, así como de un sofisticado mecanismo de rastreo cuando el dispositivo es móvil.

En cambio, el concepto del MIT para la transmisión inalámbrica de electricidad está basado en emplear objetos acoplados mediante la resonancia. Dos objetos resonantes con la misma frecuencia de resonancia, tienden a intercambiar energía con notable eficacia, en tanto que interactúan débilmente con los objetos ajenos a su frecuencia de resonancia.

Un buen ejemplo del concepto es la resonancia acústica. Imagínese una habitación con 100 copas de vino idénticas, cada una llena de vino hasta un nivel diferente, por lo que todas tendrán diferentes frecuencias de resonancia. Si una cantante de ópera emite una sola nota con suficiente intensidad dentro de la habitación, una copa con la frecuencia de resonancia correspondiente a la nota musical puede acumular suficiente energía incluso para estallar, sin que el fenómeno afecte a las restantes. En cualquier sistema de resonadores acoplados, existe a menudo un régimen de funcionamiento que se describe como "acoplamiento fuerte". Si uno se asegura de operar un sistema en ese régimen, la transferencia de energía puede ser muy eficiente.

El equipo del MIT centró su atención en un tipo particular de resonancia: el acoplamiento magnético. Éste es particularmente adecuado para las aplicaciones cotidianas porque la mayoría de los materiales comunes interactúa sólo muy débilmente con los campos magnéticos, por lo que las posibles interferencias con objetos extraños del entorno se suprimen aún más.

El diseño investigado consta de dos bobinas de cobre, cada una asociada a un sistema autorresonante. Una de las bobinas está conectada a la fuente de energía eléctrica y constituye la unidad de suministro. En lugar de irradiar el entorno con ondas electromagnéticas, llena el espacio a su alrededor con un campo magnético no radiante que oscila en las frecuencias de los megahercios. El campo no radiante media en el intercambio de la energía eléctrica con la otra bobina (la unidad receptora), la cual está diseñada especialmente para resonar con ese campo. La naturaleza resonante del proceso asegura la fuerte interacción entre la unidad de suministro y la unidad de recepción, mientras que la interacción con el resto del entorno es muy débil.

La ventaja crucial de usar el campo no radiante radica en el hecho de que la mayor parte de la energía no recogida por la bobina receptora permanece "atada" en las inmediaciones de la unidad emisora, en vez de ser radiada al entorno y perdida. Con un diseño así, la transferencia de energía tiene un alcance limitado, y ese alcance se ve más reducido aún si el tamaño de los receptores mengua. En cualquier caso, ello basta para, por ejemplo, lograr niveles energéticos del todo válidos para alimentar a un ordenador portátil que esté ubicado en la misma habitación que la bobina emisora de energía, sin apenas importar el punto exacto de ubicación, dada la capacidad virtualmente omnidireccional del campo, y con independencia de la geometría del lugar, ya que los objetos que se interpongan entre las dos bobinas no dificultan la transmisión de energía.