Op het hoogtepunt van zijn carrière raakte de baanbrekende elektrotechnisch ingenieur Nikola Tesla geobsedeerd door een idee. Hij theoretiseerde dat elektriciteit draadloos over lange afstanden door de lucht kon worden verzonden - ofwel via een reeks strategisch geplaatste torens, of hinkend over een systeem van hangende ballonnen.

Things ging niet volgens plan, en Tesla's ambities voor een draadloze wereldwijde elektriciteitsvoorziening werden nooit gerealiseerd. Maar de theorie zelf werd niet weerlegd: er zou gewoon een buitengewone hoeveelheid energie voor nodig zijn geweest, waarvan een groot deel zou zijn verspild.

Nu, een research paper heeft gesuggereerd dat de architecten van het 5G-netwerk mogelijk onbewust hebben gebouwd wat Tesla aan het begin van de twintigste eeuw niet heeft gebouwd: een 'draadloos elektriciteitsnet' dat kan worden aangepast om kleine apparaten in auto's, huizen, werkplekken op te laden of van stroom te voorzien, en fabrieken.

Omdat 5G afhankelijk is van een dicht netwerk van masten en een krachtige reeks antennes, is het mogelijk dat dezelfde infrastructuur, met enkele aanpassingen, stroom naar kleine apparaten kan sturen. Maar de transmissie zal nog steeds lijden onder het belangrijkste nadeel van Tesla's torens: hoge energieverspilling, wat misschien moeilijk te rechtvaardigen is gezien de urgentie van de klimaatcrisis.

5G-netwerken

Tientallen jaren geleden werd dat ontdekt een strak gefocuste radiostraal kan vermogen over relatief grote afstanden overbrengen zonder een draad te gebruiken om de lading te dragen. Dezelfde technologie wordt nu gebruikt in de 5G netwerk: de nieuwste generatie technologie om een ​​internetverbinding naar uw telefoon te sturen via radiogolven die worden uitgezonden vanaf een lokale antenne.

Deze 5G-technologie heeft tot doel een 1,000-voudige capaciteitsverhoging van de laatste generatie, 4G, waarmee tot een miljoen gebruikers per vierkante kilometer verbinding kunnen maken, waardoor die momenten waarop naar signaal gezocht moet worden op muziekfestivals of sportevenementen tot het verleden behoren.

Om deze upgrades te ondersteunen, gebruikt 5G wat technische magie, en deze magie bestaat uit drie delen: zeer dichte netwerken met veel meer masten, speciale antennetechnologie en de toevoeging van millimetergolf (mmWave) transmissie naast meer traditionele banden.

De laatste hiervan, mmWave, maakt veel meer bandbreedte vrij ten koste van kortere transmissieafstanden. Voor de context werken de meeste wifi-routers in de 2 GHz-band. Als uw router een 5 GHz-optie heeft, zult u hebben gemerkt dat films vloeiender worden gestreamd, maar u moet dichter bij uw router zijn om deze te laten werken.

Verhoog de frequentie verder (zoals mmWave, die werkt op 30 GHz of meer) en je ziet nog grotere verbeteringen in bandbreedte - maar je moet dichter bij het basisstation zijn om er toegang toe te krijgen. Dit is de reden waarom 5G-masten dat zijn dichter geclusterd dan 4G-masten.

Het laatste beetje magie is om veel meer antennes toe te voegen - tussen 128 en 1,024 vergeleken met een veel kleiner aantal (in sommige gevallen slechts twee) voor 4G. Met meerdere antennes kunnen masten honderden potloodachtige stralen vormen die gericht zijn op bepaalde apparaten, waardoor uw telefoon onderweg efficiënt en betrouwbaar kan internetten.

Dit zijn toevallig dezelfde grondstoffen die nodig zijn om een draadloos vermogen rooster. De verhoogde netwerkdichtheid is vooral belangrijk, omdat het de mogelijkheid opent om mmWave-banden te gebruiken om verschillende radiogolven uit te zenden die zowel een internetverbinding als elektrische stroom kunnen dragen.

Experimenteren met 5G Power

De experimenten gebruikte nieuwe soorten antennes om draadloos opladen te vergemakkelijken. In het laboratorium konden de onderzoekers 5G-vermogen over een relatief korte afstand van iets meer dan 2 meter uitstralen, maar ze verwachten dat een toekomstige versie van hun apparaat 6 μW (6 miljoenste van een watt) kan verzenden op een afstand van 180 meter.

Om dat in context te plaatsen, verbruiken gewone Internet of Things (IoT) -apparaten rond 5μW—Maar alleen in hun diepste slaapstand. Natuurlijk zullen IoT-apparaten steeds minder stroom nodig hebben om te werken, aangezien er slimme algoritmen en efficiëntere elektronica worden ontwikkeld, maar 6 μW is nog steeds een zeer kleine hoeveelheid stroom.

Dat betekent, voorlopig althans, dat het onwaarschijnlijk is dat draadloze 5G-stroom praktisch is voor het opladen van uw mobiele telefoon tijdens uw dagelijkse werkzaamheden. Maar het kan opladen of stroom leveren IoT-apparaten, zoals sensoren en alarmen, die zijn verwacht wijdverbreid te worden te verwijzen in de toekomst.

In fabrieken, bijvoorbeeld, worden waarschijnlijk honderden IoT-sensoren gebruikt om de omstandigheden in magazijnen te bewaken, om defecten in machines te voorspellen of om de beweging van onderdelen langs een productielijn te volgen. De mogelijkheid om stroom rechtstreeks naar deze IoT-apparaten te sturen, zal de overgang naar veel efficiëntere productiepraktijken aanmoedigen.

Kinderziektes

Maar er zullen vóór die tijd uitdagingen zijn die overwonnen moeten worden. Om draadloze stroom te leveren, verbruiken 5G-masten ongeveer 31 kilowatt energie, wat overeenkomt met 10 ketels die constant kokend water hebben.

Hoewel de bezorgdheid dat 5G-technologie kanker kan veroorzaken, wijd verspreid is ontkracht door wetenschapperskan deze hoeveelheid stroom afkomstig van masten onveilig zijn. EEN ruwe berekening suggereert dat gebruikers ten minste 16 meter uit de buurt van masten moeten worden gehouden om aan de veiligheid te voldoen reglement ingesteld door de Amerikaanse Federal Communications Commission.

Dat gezegd hebbende, deze technologie staat nog in de kinderschoenen. Het is zeker mogelijk dat toekomstige benaderingen, zoals een nieuwe antenne met smallere en meer gerichte bundels, de energie-niveau vereist - en verspild - door elke mast.

Momenteel doet het voorgestelde systeem nogal denken aan het fictieve "Wonkavisie”In Roald Dahl's Sjakie en de chocoladefabriek, die de prestatie leverde om banketbakkerswaren naar tv's te laten stralen - maar een enorm blok chocolade moest gebruiken om aan de andere kant een veel kleinere te produceren.

Omdat het veel stroom verbruikt in vergelijking met het vermogen dat het aan apparaten levert, is 5G draadloos vermogen op dit moment speculatief. Maar als ingenieurs efficiëntere manieren kunnen vinden om elektriciteit door de lucht te stralen, kan het heel goed zijn dat Nikola Tesla's droom van draadloze stroom kan worden gerealiseerd - meer dan 100 jaar geleden dat zijn pogingen mislukten.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Krediet van het beeld: Dickenson V. Alley / Wellcome-verzameling via Wikimedia Commons

Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://singularityhub.com/2021/05/23/nikola-tesla-5g-network-could-realize-his-dream-of-wireless-electricity/