Tecnologias de transmissão de energia sem fios

Embora o Wi-Fi e o Bluetooth tenham eliminado boa parte dos cabos para as conexões de rede e com periféricos, ainda temos o problema da transmissão de energia. Seu notebook pode ficar conectado à rede wireless da sua casa continuamente, mas você ainda precisa ligá-lo na tomada a cada duas ou três horas para recarregar as baterias.

Existem tecnologias experimentais para a transmissão de energia sem o uso de fios a curtas distâncias, que podem vir a eliminar essa necessidade nos próximos anos. Uma delas, mais convencional, é baseada no uso de indução para carregar as baterias de dispositivos de baixo consumo, como smartphones. Um módulo receptor é instalado dentro do aparelho, permitindo que ele seja carregado simplesmente por ser deixado sobre uma base.

Essa tecnologia existe desde o início do século 20 e é largamente usada em escovas de dente elétricas e alguns outros dispositivos. O princípio de funcionamento é o mesmo dos transformadores usados em fontes de alimentação, que são também compostos por duas bobinas separadas entre si.

Apesar disso, o uso em equipamentos de informática é relativamente recente. Em 2004 uma empresa chamada SplashPower tentou sem muito sucesso vender carregadores para celulares, e em 2009 ela foi adotada no touchstone, o carregador sem fio do Palm Pre.

Apesar do marketing tentar fazer parecer que se trata de alguma tecnologia exótica, internamente ele usa um circuito bastante simples, com um grande imã que segura o aparelho no lugar e uma bobina que cria o campo de indução:

A energia é transferida para o aparelho graças a outra bobina, instalada dentro da tampa inferior do Palm Pre. O sistema funciona bem (com um índice de perda aceitável), mas as duas bobinas precisam ficar diretamente sobrepostas, com apenas alguns milímetros de separação, o que significa que o carregamento ocorre apenas quando o aparelho está diretamente sobre a base (daí o sistema magnético para segurá-lo no lugar):

Um carregador wireless soa como uma boa ideia, mas a funcionalidade é limitada, já que o aparelho precisa ficar sobre a base por algumas horas para ser carregado. Na prática, não é muito diferente de usar um cradle, como no caso dos Palms antigos.

Em 2007, um grupo de pesquisadores do MIT demonstraram uma variação da tecnologia, que é capaz de transferir energia a distâncias bem maiores. Em uma demostração, conseguiram manter uma lâmpada de 60 watts acesa a uma distância de 2 metros, utilizando duas bobinas cuidadosamente construídas:

A ideia básica é o uso de ressonância, o mesmo princípio que faz com que objetos vibrem ao receberem ondas em uma determinada frequência (como no caso dos instrumentos musicais). Ao construir duas bobinas de cobre que ressoam à mesma frequência, é possível transmitir energia de uma bobina para a outra de forma relativamente eficiente, já que a energia é canalizada diretamente para a segunda bobina, ao invés de ser irradiada em todas as direções. Como a transmissão é feita usando energia magnética (e não ondas de rádio ou outro tipo de radiação potencialmente nociva) a tecnologia é considerada bastante segura para organismos vivos.

Na demonstração, foram utilizadas boninas com 60 centímetros de diâmetro e a eficiência da transmissão foi de apenas 40% (ou seja, o sistema consumia 150 watts para transmitir 60 watts para a lâmpada), mas não é difícil de imaginar que boninas menores poderiam transmitir energia suficiente para manter um notebook ligado, ou carregar um smartphone durante a noite.

Percebendo o potencial da ideia, a Intel passou a trabalhar em uma solução própria o WREL (Wireless Resonant Energy Link), que é baseado no mesmo princípio. A primeira demonstração foi feita em 2008 durante o IDF, onde foi apresentado um protótipo capaz de transmitir 60 watts de energia a uma distância de 61 centímetros com uma eficiência de 75% (ou seja, o transmissor consome 80 watts para transmitir 60, o que é uma eficiência similar à maioria das fontes de alimentação usadas em PCs).

Assim como o projeto demonstrado pela equipe do MIT, o sistema é relativamente simples, baseado no uso de duas bobinas de fios de cobre. O segredo não está em nenhum circuito eletrônico revolucionário, mas na cuidadosa construção das bobinas para que elas ressoem na mesma frequência:

Uma evolução importante no protótipo da Intel é o formato achatado, que permite que as boninas sejam instaladas dentro da tampa do notebook ou dentro do compartimento da bateria em um smartphone, por exemplo. Grande parte da pesquisa tem sido destinada a tornar o receptor menor e mais leve, aumentando o leque de aplicações.

Outro destaque é a criação de um canal de comunicação entre o emissor de o receptor, o que permite ajustar a potência de transferência, entre outros parâmetros. Você pode imaginar que em situações reais de uso o emissor transmitiria uma pequena quantidade de energia continuamente e aumentaria a potência conforme outros dispositivos de conectassem a ele, enviando 3 watts ao recarregar um smartphone e 30 ao recarregar um notebook, por exemplo.

A distância máxima também não é fixa. Os 61 centímetros adotados no sistema da demonstração são a distância em que o sistema é capaz de transmitir com maior eficiência, mas ele é capaz de trabalhar em distâncias maiores, ou até mesmo transmitir energia através de paredes ou outros obstáculos, muito embora com uma eficiência muito menor.

A equipe do MIT responsável pelo experimento inicial também continua na ativa, através da WiTricity, uma empresa americana que tem buscado levar a tecnologia a outros nichos. A ideia é que uma bobina colocada na parede ou no teto poderia alimentar várias aparelhos no mesmo ambiente, reduzindo a necessidade de usar fios e baterias. Você não precisaria mais ligar a TV na tomada, por exemplo.

Protótipos mais recentes produzidos pela equipe do MIT já são capazes de atingir os 90% de eficiência em situações ideias, o que pode resultar em níveis de eficiência similares ou até um pouco superiores aos de muitas das fontes atuais, o que elimina muitas das preocupações relacionadas ao desperdício de energia.

É provável que os primeiros produtos comerciais cheguem ao mercado a partir de 2010. Como toda novidade, eles inicialmente serão caros, mas a tecnologia tende a cair de preço rapidamente conforme a produção aumentar, já que não existe nenhum grande mistério na produção de bobinas de cobre.

Pode ser que no futuro a tecnologia se torne tão popular quanto as redes wireless, ajudando a reduzir a bagunça de fios embaixo da mesa e possibilitando a criação de novos tipos de dispositivos portáteis, que poderão não apenas ficar continuamente conectados à web, mas também funcionar continuamente sem precisar de recargas.