Meskipun perangkat mobile seperti tablet dan smartphone membuat kita dapat berkomunikasi, bekerja dan mengakses informasi secara nirkabel, baterainya tetap harus diisi dengan cara memasukkannya ke stopkontak. Namun para insinyur di University of Washington untuk pertama kalinya telah mengembangkan metode untuk mengisi secara aman smartphone tanpa kabel dengan menggunakan laser.
Seperti yang dilaporkan tim dalam sebuah makalah yang diterbitkan secara online pada bulan Desember di Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable & Ubiquitous Technologies, berkas tipis yang tak terlihat dari pemancar laser dapat mengirimkan muatan ke ponsel cerdas yang terletak di seberang ruangan – dan berpotensi mengisi daya smartphone secepat kabel USB standar.
Untuk mencapai hal ini, tim memasang sel daya tipis ke bagian belakang smartphone, yang akan mengisi daya baterai menggunakan listrik dari laser. Selain itu, fitur keamanan yang dirancang khusus oleh tim – termasuk logam, heatsink pelat datar pada ponsel cerdas untuk menghilangkan kelebihan panas dari laser, serta mekanisme berbasis reflektor untuk mematikan laser jika seseorang mencoba bergerak melewati sinar jalur pengisian
“Keselamatan adalah fokus kami dalam merancang sistem ini,” kata rekan penulis Shyam Gollakota , seorang profesor di UW Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering. “Kami telah merancang, membuat dan menguji sistem pengisian berbasis laser ini dengan mekanisme keamanan respons cepat, yang memastikan bahwa pemancar laser akan menghentikan sinar pengisian sebelum seseorang masuk ke jalur laser.”
Gollakota dan rekan penulis Arka Majumdar , asisten profesor fisika dan teknik elektro UW, memimpin tim yang merancang sistem pengisian nirkabel ini dan fitur keselamatannya.
“Selain mekanisme keamanan yang dengan cepat menghentikan berkas pengisian, platform kami mencakup heatsink untuk menghilangkan kelebihan panas yang dihasilkan oleh berkas pengisian daya,” kata Majumdar, yang juga seorang peneliti di Molecular Engineering & Sciences Institute UW. “Fitur ini memberi sistem pengisian daya nirkabel kami standar keamanan yang kuat yang dibutuhkan untuk menerapkannya ke berbagai pengaturan komersial dan rumah.”
Credit: Mark Stone/University of Washington
Sinar pengisian dihasilkan oleh pemancar laser yang dikonfigurasi tim untuk menghasilkan sinar terfokus dalam spektrum inframerah-dekat. Sistem pengaman yang menutup pusat pengisian daya pada sinar pelindung “laser” berdaya rendah dan tidak berbahaya, yang dipancarkan oleh sumber laser lain yang terletak bersama dengan sinar laser pengisian dan secara fisik “mengelilingi” sinar pengisian.
“Retroreflectors” yang dicetak 3-D ditempatkan di sekitar sel daya pada smartphone memantulkan sinar penjaga kembali ke foto di laser emitor. Sinar penjaga tidak memberikan muatan ke telepon itu sendiri, namun pantulannya dari smartphone kembali ke emitor memungkinkan mereka berfungsi sebagai “sensor” saat seseorang akan bergerak di jalur sinar penjaga.
Para periset merancang pemancar laser untuk menghentikan sinar pengisian saat benda apapun – seperti bagian tubuh seseorang – bersentuhan dengan salah satu pelindung penjaga. Pemblokiran sinar penjaga bisa dirasakan cukup cepat untuk mendeteksi gerakan tercepat tubuh manusia, berdasarkan pada beberapa dekade studi fisiologis.
“Sinar penjaga bisa bertindak lebih cepat dari gerakan tercepat kita karena sinar tersebut dipantulkan kembali ke emitor dengan kecepatan cahaya,” kata Gollakota. “Akibatnya, ketika sinar penjaga terganggu oleh pergerakan seseorang, emitor mendeteksinya dalam sepersekian detik dan menyebarkan penutup untuk menghalangi sinar pengisian sebelum orang tersebut dapat bersentuhan dengannya.”
Generasi berikutnya dari perangkat optik skala nano diharapkan beroperasi dengan frekuensi Gigahertz, yang dapat mengurangi waktu respon penutup hingga nanodetik, tambah Majumdar.
Sinar pengisian smartphone melalui sel daya yang terpasang di bagian belakang telepon. Sinar yang sempit dapat memberikan daya 2W yang stabil sampai area 15 inci persegi dari jarak hingga 4,3 meter.
Namun pemancar dapat dimodifikasi untuk memperluas radius sinar pengisian ke area seluas 100 centimeter dari jarak 12 meter. Ekstensi ini mengartikan bahwa pemancar dapat diarahkan ke permukaan pengisian yang lebih lebar seperti meja, dan mengisi daya baterai yang ditempatkan di manapun pada permukaan tersebut.
Credit: Mark Stone/University of Washington
Para periset memprogram smartphone untuk memberi isyarat lokasinya dengan memancarkan “kicauan akustik” frekuensi tinggi. Ini tidak terdengar ke telinga kita, namun cukup sensitif untuk mikrofon kecil pada pemancar laser untuk dideteksi.
“Sistem pelokalan akustik ini memastikan bahwa pemancar dapat mendeteksi saat pengguna memasang ponsel cerdas di permukaan pengisian daya, yang bisa menjadi lokasi biasa seperti meja di seberang ruangan,” kata penulis utama Vikram Iyer , seorang mahasiswa doktor UW di teknik elektro
Saat pemancar mendeteksi ponsel cerdas di permukaan pengisian yang diinginkan, ini akan menyalakan laser untuk mulai mengisi daya baterai.
“Sinar mengirimkan muatan secepat memasukkan smartphone Anda ke port USB,” kata penulis utama Elyas Bayati , seorang mahasiswa doktoral UW di bidang teknik elektro. “Tapi dibandingkan memasukkan daya ke port telepon, Anda cukup meletakkannya di atas meja.”
Untuk memastikan bahwa berkas pengisian daya tidak terlalu panas pada smartphone, tim juga memasang strip aluminium tipis di bagian belakang ponsel cerdas di sekitar sel daya. Strip ini bertindak sebagai heatsink, menghilangkan kelebihan panas dari sinar pengisian dan memungkinkan laser mengisi daya smartphone selama berjam-jam.
Mereka bahkan memanen sejumlah kecil panas ini untuk membantu mengisi daya smartphone – dengan memasang generator termoelektrik yang hampir merata di atas strip heatsink.
Para periset percaya bahwa fitur keamanan dan penghamburan panas yang kuat dapat memungkinkan pengisian daya berbasis laser berbasis perangkat lain, seperti kamera, tablet, dan bahkan komputer desktop. Jika demikian, tugas sebelum tidur untuk memasukkan daya ke port smartphone, tablet atau laptop Anda suatu hari nanti bisa diganti dengan ritual yang lebih sederhana: cukup meletakkannya saja di atas meja.
