Ở đỉnh cao của sự nghiệp, kỹ sư điện tiên phong Nikola Tesla bị ám ảnh bởi một ý tưởng. Ông đưa ra giả thuyết rằng điện có thể được truyền không dây qua không khí ở khoảng cách xa — thông qua một loạt các tháp có vị trí chiến lược, hoặc nhảy qua một hệ thống các khí cầu lơ lửng.

Những điều không đi đến kế hoạch, và tham vọng của Tesla về cung cấp điện toàn cầu không dây đã không bao giờ thành hiện thực. Nhưng bản thân lý thuyết này không bị bác bỏ: đơn giản là nó cần một lượng sức mạnh phi thường, phần lớn trong số đó đã bị lãng phí.

Bây giờ, một bài nghiên cứu đã gợi ý rằng các kiến ​​trúc sư của mạng 5G có thể đã vô tình xây dựng thứ mà Tesla đã thất bại trong việc xây dựng vào đầu thế kỷ XX: một "lưới điện không dây" có thể được điều chỉnh để sạc hoặc cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ được gắn trong ô tô, nhà ở, nơi làm việc, và các nhà máy.

Bởi vì 5G dựa trên một mạng lưới cột buồm dày đặc và một loạt ăng-ten mạnh mẽ, có thể cùng một cơ sở hạ tầng, với một số chỉnh sửa, có thể truyền năng lượng tới các thiết bị nhỏ. Nhưng hệ thống truyền tải vẫn sẽ mắc phải nhược điểm chính của các tòa tháp của Tesla: mức lãng phí năng lượng cao, có thể khó được biện minh do tính cấp bách của cuộc khủng hoảng khí hậu.

Mạng 5G

Nhiều thập kỷ trước, người ta phát hiện ra rằng một chùm vô tuyến hội tụ chặt chẽ có thể truyền tải điện năng trên khoảng cách tương đối lớn mà không cần dùng dây dẫn để mang điện tích. Công nghệ tương tự hiện được sử dụng trong 5G mạng: thế hệ công nghệ mới nhất để truyền kết nối internet đến điện thoại của bạn, thông qua sóng vô tuyến truyền từ một ăng-ten cục bộ.

Công nghệ 5G này nhằm mục đích cung cấp Tăng công suất gấp 1,000 lần trên thế hệ trước, 4G, cho phép lên đến một triệu người dùng kết nối trên mỗi km vuông — biến những khoảnh khắc tìm kiếm tín hiệu tại lễ hội âm nhạc hoặc sự kiện thể thao trở thành dĩ vãng.

Để hỗ trợ những nâng cấp này, 5G sử dụng một số phép thuật kỹ thuật và phép thuật này bao gồm ba phần: mạng rất dày đặc với nhiều cột buồm hơn, công nghệ ăng-ten đặc biệt và bao gồm sóng milimet (mmWave) truyền cùng với các băng tần truyền thống hơn.

Cái cuối cùng trong số này, mmWave, mở ra nhiều băng thông hơn với chi phí là khoảng cách truyền ngắn hơn. Đối với ngữ cảnh, hầu hết các bộ định tuyến WiFi hoạt động ở băng tần 2GHz. Nếu bộ định tuyến của bạn có tùy chọn 5GHz, bạn sẽ nhận thấy rằng phim truyền trực tuyến mượt mà hơn — nhưng bạn phải ở gần bộ định tuyến hơn để nó hoạt động.

Tăng tần số hơn nữa (như mmWave, hoạt động ở 30GHz trở lên) và bạn thấy băng thông được cải thiện nhiều hơn — nhưng bạn cần phải ở gần trạm gốc hơn để truy cập nó. Đây là lý do tại sao cột buồm 5G tập trung dày đặc hơn hơn cột buồm 4G.

Điều kỳ diệu cuối cùng là thêm nhiều ăng-ten hơn nữa — từ 128 đến 1,024 so với một con số nhỏ hơn nhiều (chỉ hai trong một số trường hợp) cho 4G. Nhiều ăng-ten cho phép cột buồm tạo thành hàng trăm chùm tia giống như bút chì nhắm vào các thiết bị cụ thể, cung cấp Internet hiệu quả và đáng tin cậy cho điện thoại của bạn khi đang di chuyển.

Đây là những thành phần thô giống nhau cần thiết để tạo ra nguồn điện không dây lưới điện. Mật độ mạng tăng lên đặc biệt quan trọng, vì nó mở ra khả năng sử dụng các băng tần mmWave để truyền các sóng vô tuyến khác nhau có thể mang theo cả kết nối internet và nguồn điện.

Thử nghiệm với nguồn 5G

Sản phẩm thí nghiệm đã sử dụng các loại ăng-ten mới để hỗ trợ sạc không dây. Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể phát ra nguồn điện 5G trong một khoảng cách tương đối ngắn, chỉ hơn 2 mét, nhưng họ hy vọng rằng phiên bản tương lai của thiết bị của họ sẽ có thể truyền 6μW (6 phần triệu watt) ở khoảng cách 180 mét.

Để đặt điều đó vào ngữ cảnh, các thiết bị Internet of Things (IoT) phổ biến tiêu thụ xung quanh 5μW—Nhưng chỉ khi ở chế độ ngủ sâu nhất. Tất nhiên, các thiết bị IoT sẽ ngày càng cần ít điện năng hơn khi các thuật toán thông minh và thiết bị điện tử hiệu quả hơn được phát triển, nhưng 6μW vẫn là một lượng điện năng rất nhỏ.

Điều đó có nghĩa là, ít nhất vào thời điểm hiện tại, nguồn điện không dây 5G không có khả năng thực tế để sạc điện thoại di động của bạn khi bạn di chuyển trong ngày. Nhưng nó có thể sạc hoặc cấp nguồn Thiết bị IoT, chẳng hạn như cảm biến và cảnh báo, dự kiến ​​sẽ trở nên phổ biến trong tương lai.

Ví dụ, trong các nhà máy, hàng trăm cảm biến IoT có khả năng được sử dụng để theo dõi các điều kiện trong nhà kho, để dự đoán các hỏng hóc trong máy móc hoặc theo dõi chuyển động của các bộ phận dọc theo dây chuyền sản xuất. Việc có thể truyền điện trực tiếp đến các thiết bị IoT này sẽ khuyến khích việc chuyển sang các phương thức sản xuất hiệu quả hơn nhiều.

Những vấn đề về răng miệng

Nhưng sẽ có những thách thức phải vượt qua trước đó. Để cung cấp năng lượng không dây, cột buồm 5G sẽ tiêu thụ khoảng 31 kilowatt năng lượng - tương đương với 10 ấm đun nước liên tục.

Mặc dù lo ngại rằng công nghệ 5G có thể gây ung thư đã được phổ biến rộng rãi được tiết lộ bởi các nhà khoa học, lượng điện phát ra từ cột buồm có thể không an toàn. A tính toán sơ bộ gợi ý rằng người dùng sẽ cần được giữ cách xa cột buồm ít nhất 16 mét để tuân thủ an toàn quy định do Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ đặt ra.

Điều đó nói lên rằng, công nghệ này đang ở giai đoạn sơ khai. Có thể chắc chắn rằng các phương pháp tiếp cận trong tương lai, chẳng hạn như ăng ten mới với các chùm tia mục tiêu hẹp hơn và nhiều hơn, có thể làm giảm đáng kể năng lượng bắt buộc — và lãng phí — theo từng cột.

Hiện tại, hệ thống được đề xuất khá gợi nhớ đến "Wonkavision”Trong Roald Dahl's Charlie and the Chocolate Factory, công ty đã đạt được kỳ tích khi đưa bánh kẹo vào TV - nhưng phải sử dụng một khối sô cô la khổng lồ để tạo ra một viên nhỏ hơn nhiều ở đầu kia.

Bởi vì nó sẽ tiêu thụ một lượng điện năng cao so với năng lượng mà nó sẽ cung cấp cho các thiết bị, nên nguồn điện không dây 5G hiện tại chỉ là suy đoán. Nhưng nếu các kỹ sư có thể tìm ra những cách hiệu quả hơn để truyền điện qua không khí, thì giấc mơ về năng lượng không dây của Nikola Tesla có thể trở thành hiện thực - hơn 100 năm kể từ khi nỗ lực của ông thất bại.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: Dickenson V. Alley / Wellcome Collection qua Wikimedia Commons

Coinsmart. Đặt cạnh Bitcoin-Börse ở Europa
Nguồn: https://singularityhub.com/2021/05/23/nikola-tesla-5g-network-could-realize-his-dream-of-wireless- Electricality/