Även om mobila enheter som surfplattor och smartphones låter oss kommunicera, arbeta och få tillgång till information trådlöst, batterierna måste fortfarande laddas genom att ansluta dem till ett uttag. Men ingenjörer vid University of Washington har för första gången utvecklat en metod för att säkert ladda en smartphone trådlöst med hjälp av en laser.

Som laget rapporterar i en artikel publicerad online i december i Förfaranden från Association for Computing Machinery on Interactive , Mobil, Bärbar och allestädes närvarande teknik, en pil, osynlig stråle från en lasersändare kan leverera laddning till en smartphone som sitter tvärs över ett rum - och kan potentiellt ladda en smartphone lika snabbt som en vanlig USB-kabel. För att åstadkomma detta, teamet monterade en tunn strömcell på baksidan av en smartphone, som laddar smarttelefonen med ström från lasern. Dessutom, teamets specialdesignade säkerhetsfunktioner - inklusive metall, platt platta kylfläns på smarttelefonen för att avleda överskottsvärme från lasern, samt en reflektorbaserad mekanism för att stänga av lasern om en person försöker röra sig i laddstrålens väg.

"Säkerhet var vårt fokus när vi utformade detta system, "sa medförfattaren Shyam Gollakota, en docent vid UW:s Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering. "Vi har designat, konstruerade och testade detta laserbaserade laddningssystem med en snabbsvarssäkerhetsmekanism, som säkerställer att lasersändaren kommer att avsluta laddningsstrålen innan en person kommer in i laserns väg."

Gollakota och medförfattare Arka Majumdar, en UW -biträdande professor i fysik och elektroteknik, ledde teamet som utformade detta trådlösa laddningssystem och dess säkerhetsfunktioner.

"Förutom säkerhetsmekanismen som snabbt avslutar laddningsstrålen, vår plattform innehåller en kylfläns för att avleda överskottsvärme som genereras av laddstrålen, "sa Majumdar." Dessa funktioner ger vårt trådlösa laddningssystem de robusta säkerhetsstandarder som behövs för att tillämpa det i en mängd olika kommersiella och heminställningar. "

Laddningsstrålen genereras av en lasersändare som teamet konfigurerade för att producera en fokuserad stråle i det nära infraröda spektrumet. Säkerhetssystemet som stänger av laddaren strålar på lågeffekt, ofarliga laser "skyddsstrålar, "som utsänds av en annan laserkälla som samlokaliseras med laddningslaserstrålen och fysiskt" omger "laddstrålen. Anpassade 3D-tryckta" retroreflektorer "placerade runt kraftcellen på smarttelefonen reflekterar skyddsstrålarna tillbaka till fotodioder på lasersändaren. Skyddsstrålarna levererar ingen kostnad till telefonen själva, men deras reflektion från smarttelefonen tillbaka till sändaren tillåter dem att fungera som en "sensor" för när en person kommer att röra sig i vägen för skyddsstrålen. Forskarna utformade lasersändaren för att avsluta laddningsstrålen när något föremål - som en del av en persons kropp - kommer i kontakt med en av skyddsstrålarna. Blockeringen av skyddsbalkarna kan kännas av tillräckligt snabbt för att upptäcka människokroppens snabbaste rörelser, baserat på decennier av fysiologiska studier.

"Skyddstrålarna kan agera snabbare än våra snabbaste rörelser eftersom dessa strålar reflekteras tillbaka till sändaren med ljusets hastighet, "sa Gollakota." Som ett resultat, när skyddsstrålen avbryts av en persons rörelse, sändaren upptäcker detta inom en bråkdel av en sekund och använder en slutare för att blockera laddningsstrålen innan personen kan komma i kontakt med den. "

Nästa generation av nanoskala optiska enheter förväntas fungera med Gigahertz-frekvens, vilket kan minska slutarens svarstid till nanosekunder, tillade Majumdar.

Strålen laddar smarttelefonen via en strömcell monterad på baksidan av telefonen. En smal stråle kan leverera en stabil 2W effekt till 15 kvadrat-tums område från ett avstånd på upp till 4,3 meter, eller cirka 14 fot. Men sändaren kan modifieras för att expandera laddstrålens radie till ett område på upp till 100 kvadratcentimeter från ett avstånd av 12 meter, eller nästan 40 fot. Denna förlängning innebär att sändaren kan riktas mot en bredare laddningsyta, som en bänk eller bordsskiva, och ladda en smartphone placerad var som helst på den ytan.

Forskarna programmerade smarttelefonen för att signalera dess plats genom att avge högfrekventa akustiska "kvitter". Dessa hörs inte för våra öron, men tillräckligt känslig för att små mikrofoner på lasersändaren ska kunna plockas upp.

"Detta akustiska lokaliseringssystem säkerställer att sändaren kan upptäcka när en användare har placerat smarttelefonen på laddningsytan, som kan vara en vanlig plats som ett bord tvärs över rummet, "sa författarförfattaren Vikram Iyer, en UW -doktorand i elektroteknik.

När sändaren upptäcker smarttelefonen på önskad laddningsyta, den slår på lasern för att börja ladda batteriet.

"Strålen levererar laddning lika snabbt som att ansluta din smartphone till en USB -port, "säger medförfattaren Elyas Bayati, en UW -doktorand i elektroteknik. "Men istället för att ansluta telefonen, du placerar den helt enkelt på ett bord."

För att säkerställa att laddstrålen inte överhettar smarttelefonen, laget placerade också tunna aluminiumremsor på baksidan av smarttelefonen runt kraftcellen. Dessa remsor fungerar som en kylfläns, avlägsna överskottsvärme från laddstrålen och låta lasern ladda smarttelefonen i timmar. De skördade till och med en liten mängd av denna värme för att hjälpa till att ladda smarttelefonen - genom att montera en nästan platt termoelektrisk generator ovanför kylflänsremsorna.

Forskarna tror att deras robusta säkerhets- och värmeavledande funktioner kan möjliggöra trådlös, laserbaserad laddning av andra enheter, som kameror, surfplattor och till och med stationära datorer. Om så är fallet, uppgiften före sänggåendet att ansluta din smartphone, surfplatta eller bärbar dator kan en dag ersättas med en enklare ritual:att lägga den på ett bord.