フィンランドのヘルシンキ大学が超音波を用いた無線送電技術を研究しているというニュースが話題となったが、実際の技術はわずか数センチメートルの距離しかカバーせず、エネルギー効率も極めて低い。一方、米国防総省のDARPAは昨年、レーザーを用いて8キロメートル以上の距離で800ワット以上の電力を伝送することに成功し、従来の記録を大幅に更新した。しかし物理法則の制約により、ワイヤレス給電技術は送受信機を近接させるか、明確な経路を確保する必要があり、日常的なスマートフォン充電などへの応用には根本的な課題が残る。
フィンランドの超音波送電技術の実態
フィンランドが電線なしで電気を伝送する方法をテストしているというニュースが流れました。音波、レーザーシステム、電磁放射を組み合わせた技術だそうです。このニュースは最近話題になり、多くの質問をいただきましたので、詳しく見ていきましょう。
問題の研究はヘルシンキ大学から出ているものです。研究者たちは、電流を無線で導く方法を見つけたと主張しています。本質的には雷を設計するようなものですね。どういう仕組みでしょうか。
高電圧が蓄積されていて、それが空気中に放電しようとしている状況を想像してください。通常、これは最も抵抗の少ない経路に沿って、多かれ少なかれランダムに発生します。特に、もしあなたがその軌道上にいたら、あなたが最も抵抗の少ない経路になってしまいます。これは健康的とは言えませんね。
いずれにせよ、研究者たちは超音波を使って空気中に経路を加熱しています。この経路に沿って、電荷ははるかに簡単に移動できるので、電圧は優先的にこの経路に沿って放電されるわけです。
では、このニュースと一緒に見たかもしれない動画とは何の関係があるのでしょうか。私の知る限り、全く関係ありません。あれはAIが生成したゴミです。
技術の実際の用途と限界
この種の技術の想定される用途は、街灯に電力を伝送したり、街灯の間で電力を伝送したりすることではありません。カバーされる距離はわずか数センチメートルですから。むしろ、材料の表面処理、おそらく欠陥を除去したりするようなことに役立つ可能性があると言われています。
無線で電力を伝送するために使うこともできます。それは正しいです。しかし、この方法はエネルギー効率の観点からは程遠いものです。論文には数値データはありませんが、エネルギーの90%以上が経路に沿って熱の形で失われると推測されます。さらに、この論文は特に新しいものではありません。実際には約1年前のものです。
レーザーとの関係
これとレーザーとは何の関係があるのでしょうか。直接的には何もありません。ヘルシンキ大学のチームはレーザーを使用していません。しかし、同じことがレーザーでも行われています。この場合、超音波の代わりにレーザーを使って空気中の経路を加熱します。これも全く新しいものではありませんが、活発な研究分野です。
DARPAの画期的な成果
とは言うものの、ワイヤレス送電には最近注目すべき進展がありました。しかし、誰も注目していません。この技術は米国国防総省の機関であるDARPAから来ています。昨年行われたテストで、彼らはレーザーを使って8キロメートル以上の距離で800ワット以上の電力を伝送しました。以前の記録は2キロメートル未満で230ワットでしたので、これは巨大な前進です。
プログラム責任者はこれについて次のように述べています。「電力と距離の点で、以前のすべての光学エネルギー伝送の実証を完全に粉砕したことは間違いありません」。そして彼らはこの興味深い要約グラフを作成しました。これらの長方形は以前の記録を表しています。そして新しい記録は、黄色の背景のものです。
効率は約20%だったそうですが、この種の応用としてはかなり良好です。
ワイヤレス給電の物理的制約
さて、あなたは「まあいいけど、これは期待していたようなワイヤレス給電ではないよね。本当に欲しいのは、おそらく空気中からスマートフォンを充電する方法であって、誤ってハトを焼いてしまうかもしれない巨大なレーザー兵器ではないよね」と言うかもしれません。
悲しい真実は、物理学はワイヤレス給電のアイデアに対して厳しいということです。なぜなら、何をしようと、エネルギーはある地点から別の地点へ行かなければならず、他の場所には行ってはいけないからです。
ワイヤレス信号で送信される情報に関しては、実際にはどこにでも送信し、受信機が必要なものを選択します。信号が弱くなりすぎたら、再び増幅します。しかし、最終目標が実際にエネルギーの伝送である場合、どこにでもばらまくわけにはいきません。ほとんどすべてのエネルギーを失うだけでなく、経路上のすべてのものも加熱してしまいます。
事実上電子レンジの中に住みたくない限り、この問題を解決する方法は2つしかありません。1つ目は、受信機を送信機に非常に近づけることです。これが接触式充電器の仕組みです。もう1つは、自由な経路を作り、伝送されるエネルギーの大部分をその経路に沿って閉じ込めようとすることです。
これがフィンランド人が超音波で行っていたことであり、DARPAがレーザーを使用している理由です。そしてそれは機能しますが、邪魔をしたくはありません。
実用化への課題
このレーザー充電は、いつの日かドローンの充電や、ドローンから遠隔地の基地局に電力を供給するようなことに役立つかもしれません。しかし、寝室には置きたくありませんね。
実際、電力を伝送するには、ケーブルのように狭い経路に閉じ込める方法が必要です。なぜなら、その代替案は、ケーブルを探す代わりに、消火器を探すことになるからです。
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