الكهرباء اللاسلكية (3 من 3)
(أمثلة للإرسال اللاسلكي للمعلومات والطاقة)
سمع البعض منا بمشكلة الميل الأخير Last mile problem، التي تتلخص في كيفية إيصال المستخدمين بالشبكة العالمية بكفاءة وسرعات عالية. البنية التحتية للأسلاك الموصلة للمنازل قديمة، ولا يمكن استخدامها في نقل البيانات بسرعات عالية, وتغييرها سيكون باهظ التكلفة, فيبقى الاتصال اللاسلكي هو الحل المفضل لدى الشركات للتغلب على مشاكل البنية التحتية. وهنا يتضح مدى أهمية الاتصال اللاسلكي في جميع مناحي الحياة. فالهاتف المحمول لا سلكي وبعض أنواع الهواتف المنزلية لا سلكية والراديو لا سلكي والتلفزيون الأرضي لا سلكي والتلفزيون الفضائي لا سلكي والاتصالات الفضائية وإشارات التحكم بالأقمار الصناعية والمركبات الفضائية كلها لا سلكية.
في مقالات سابقة شرحنا المبادئ البسيطة لفكرة الشحن اللاسلكي للبطاريات وذكرنا محاسنها الاقتصادية، فقد يأتي يوم نستغني عن الأسلاك والكيابل الكهربائية المستخدمة داخل منازل, وبهذا ستقل المشاكل والمخاطر الناشئة عن التماس الكهربائي short circuits.
الفكرة من حيث المبدأ مقبولة ومغرية ولكن يصعب تطبيقها في الحياة العملية. فعلى سبيل المثال: نقل الصوت والصور التلفزيونية والمعلومات على شكل إشارات اللاسلكية أمر طبيعي ومفهوم لدى الجميع، ولكن المشكلة التي تواجه العلماء هي نقل الطاقة الكهربائية على شكل موجات كهرومغناطيسية ولمسافات طويلة على إلا يكون لها تأثيرات بيولوجية على الطبيعة أو على صحة الإنسان.
أين تكمن المشكلة؟
المشكلة هي أننا نستخدم الإرسال اللاسلكي لنقل المعلومات وليس لنقل الطاقة. أي أن هدفنا من اللاسلكي حتى اليوم هو نقل المعلومات ولذلك فنحن نهمل أو نتغاضى عن الهدر الكبير في الطاقة الناتج عن النقل اللاسلكي, لأن كل ما يهمنا هو إرسال/ واستقبال التغيرات في الطاقة, التي تحمل المعلومات وليس الطاقة نفسها. وبالتالي فنحن حتى اليوم لم نستفد من الطاقة المنقولة لا سلكياً.
محطة البث التلفزيوني من الأمثلة الحية التي نلمسها في حياتنا اليومية, فهي تبث طاقة كبيرة قد تصل إلى مئات الواطات, ولكن التلفزيونات في منازلنا يكفيها بضع مللي واطات - من الطاقة المرسلة - لكي تعمل بشكل ممتاز، ولكنه يستخدم هذه المللي واطات كمعلومات وليس كطاقة للتشغيل, وإنما يحصل على الطاقة اللازمة لتشغيله من المقبس الكهربائي.
شرح موجزا لتصميم
التصميم يتكون من ملفين نحاسيين كل واحد منهما له نظام رنين ذاتي خاص به. أحد الملفات النحاسية يوصل بمصدر تيار كهربائي. ويعمل كقاعدة إرسال بينما الملف الآخر يعمل كقاعدة استقبال الرنين الموحد يضمن التواصل فيما بين قاعدتي الإرسال والاستقبال ولن يكون هناك تداخل من الأجهزة المحيطة بأي حال من الأحوال لأنها تعمل على ترددات مختلفة والمسافة بين القاعدتين تعتمد على حجمها, فكلما زاد حجم البطارية المراد شحنها كان بالإمكان زيادة مسافة الإرسال اللاسلكي. وبهذه الطريقة نستطيع شحن بطارية الحاسب المحمول في مكتب صغير لأن الأشعة المغناطيسية أرسلت في جميع الاتجاهات، وبهذا يمكن شحن البطارية أوتوماتيكيا وبدون توصيل التيار الكهربائي.
المحولات الكهربائية مثال حي على مبدأ انتقال الطاقة لاسلكيا ولكن لمسافات قصيرة جدا. عندما يكون هناك تيار متحرك في ملف المحول المستقبل ولكن عندما تزيد المسافة ولو بشكل بسيط لا تجد تيارا في المستقبل. لذا أتت فكرة الرنين المتقارن (المزوج)، وهي السر في عملية الاختراع.
مثال على نقل الطاقة لاسلكياً
بطاقات التعريف اللاسلكية من الأمثلة الحية على النقل اللاسلكي للطاقة وتحويلها إلى طاقة تشغيلية وليس لنقل البيانات كما هو متعارف عليه. بعض محلات البيع تضع قطعة صغيرة ومربوطة بالسلعة, فعندما تتعرض السلعة للسرقة فإن الجهاز المثبت عند المدخل يصدر إنذارا لتنبه رجال الأمن إلى أن هناك قطعة لم يتم بيعها والتعرف عليها تُخرج من المحل.