Антилазер позволит передавать электроэнергию без проводов и почти без потерь

Со времен Николы Теслы и его экспериментов с катушкой в конце XIX века ученые размышляли над способами передачи электрической энергии по воздуху, мечтая заряжать ноутбуки и телефоны или хотя бы кардиостимуляторы без проводов. Однако непросто оказалось заставить электрический заряд найти нужную цель, которая поглотит его, а не отразит обратно — желательно, не причинив вреда никому по пути. Антилазер позволил американским исследователям добились значительного прогресса в этой области.

Сегодня у нас есть технологии беспроводной зарядки смартфонов в паре сантиметров от станции. Но эффективная передача электроэнергии с одного конца комнаты в другой или через все здание еще в разработке. Большинство методов основываются на фокусировке узких лучей энергии, бьющих в цель. Значительного успеха (и безопасности) в этом направлении добиться пока не удается.

Команда специалистов из Университета Мэриленда разработала передовую технологию беспроводной передачи электрической энергии, которая обходится без узконаправленных лучей. Их идея заключается в использовании «антилазера». Их результаты, которые расширяют применимость предыдущих методов, были опубликованы 17 ноября 2020 года в журнале Nature Communications.

В лазере один фотон запускает каскад фотонов того же цвета в когерентном излучении. Антилазер работает противоположным образом: поглощает когерентное световое излучение определенной длины волны. Другими словами, лазер как будто движется назад во времени.

Ученые продемонстрировали возможность создания идеального поглотителя, не подверженного ограничениям обычного антилазера. Они заставили лучи энергии двигаться к цели не по прямой, а по беспорядочной траектории без возможности обратного движения во времени.

Прототип антилазера состоял из лабиринта проводов, через который проходили микроволны. В глубине этого хаотичного скопления находился поглотитель. Исследователи направляли в него микроволны различной частоты, амплитуды и фазы. В результате они смогли рассчитать точные свойства входящих микроволн, которые в идеальных условиях могут обеспечить поглощение 99,999% от посланной энергии.

Затем они повторили эксперимент в пластине латуни несколько метров длиной и шириной, в центре которой была проделана дыра неправильной формы, чтобы микроволны отражались непредсказуемым образом. Внутрь они поместили поглотитель и снова измерили результаты. Оказалось, что в таких условиях эффективность системы окажется немногим меньше — 99,996%.

Пока технология все еще ограничена необходимостью настройки системы. Даже мельчайшее отклонение в окружающей среде потребует изменения параметров микроволн. Это значит, что для зарядки ноутбука все объекты в комнате должны сохранять полную неподвижность. Тем не менее, это значительный шаг вперед к воплощению замысла Теслы.

Недавняя работа, проведенная группой из Франции и Австрии, также продемонстрировала когерентное идеальное поглощение в их собственном неупорядоченном микроволновом лабиринте. Однако их эксперимент был не таким общим, как новая работа Анлаге и его коллег. В предыдущей работе микроволны, попадающие в лабиринт, все еще были бы распутаны гипотетическим обращением времени. Это может показаться тонким различием, но авторы говорят, что показ того, что когерентное совершенное поглощение не требует какого-либо порядка в окружающей среде, обещает применимость практически везде.

Первый прототип функциональной системы беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработали и испытали в Новой Зеландии. Уже сейчас он способен работать в любых погодных условиях, направляя энергию между двумя антеннами, разделенными расстоянием в несколько километров.