Dalam sebuah studi baru-baru ini, ilmuwan Stanford dapat mentransfer listrik secara nirkabel ke bola lampu yang bergerak. Teknologi yang mereka kembangkan membantu mengatasi keterbatasan jarak tempuh mobil listrik, yang saat ini menjadi salah satu kelemahan terbesar dari teknologi ini.
Mobil listrik
Jika mobil listrik bisa mengisi daya saat mengemudi di jalan raya, hal itu akan menghilangkan kekhawatiran tentang jangkauannya. Selain itu hal ini dapat menurunkan biaya. Sehingga memungkinkan listrik dapat dijadikan sebagai standar bahan bakar untuk kendaraan.
Saat ini para ilmuwan Universitas Stanford telah mengatasi rintangan utama menuju masa depan dengan mengirimkan listrik secara nirkabel pada benda yang bergerak di dekatnya. Hasilnya diterbitkan dalam Nature edisi 15 Juni.
“Selain memajukan pengisian nirkabel kendaraan dan perangkat pribadi seperti ponsel, teknologi baru kami mungkin tidak membatasi penggunaan robotika pada bidang manufaktur, yang juga sedang dalam proses,” kata Shanhui Fan, seorang profesor teknik elektro dan penulis senior studi ini. “Kita masih perlu secara signifikan meningkatkan jumlah listrik yang dapat dialihkan untuk mengisi daya mobil listrik, tapi kita mungkin tidak terlalu perlu memaksakan jarak terlalu jauh.”
Kelompok yang dibangun di atas teknologi yang ada dikembangkan pada tahun 2007 di MIT untuk mentransmisikan listrik secara nirkabel dari jarak beberapa meter pada benda diam. Dalam pekerjaan barunya, tim menebarkan listrik secara nirkabel menuju bola lampu LED yang bergerak. Demonstrasi itu hanya melibatkan muatan 1 mililiter, sementara mobil listrik sering membutuhkan puluhan kilowatt untuk beroperasi. Tim sekarang bekerja untuk meningkatkan jumlah listrik yang dapat ditransfer, dan mengubah sistem untuk memperpanjang jarak transfer dan meningkatkan efisiensi.
Jarak tempuh
Pengisian daya nirkabel akan mengatasi kelemahan utama mobil listrik plug-in – jarak tempuhnya yang terbatas. Tesla Motors mengharapkan Model 3 untuk dapat menempuh jarak lebih dari 200 mil dengan sekali charge, dan Chevy Bolt, yang sudah ada di pasaran, memiliki jangkauan 238 mil sebagaimana diiklankan. Namun baterai kendaraan listrik umumnya memakan waktu beberapa jam untuk dapat mengisi ulang sampai penuh. Sistem charge-as-you-drive akan mengatasi keterbatasan ini.
“Secara teori, seseorang bisa berkendara untuk waktu yang tidak terbatas tanpa harus berhenti mengisi ulang,” Fan menjelaskan. “Harapannya adalah Anda bisa mengisi mobil listrik Anda saat Anda mengemudi di jalan raya. Sebuah koil di bagian bawah kendaraan bisa menerima listrik dari serangkaian gulungan yang terhubung dengan arus listrik yang terpasang di jalan. ”
Beberapa pakar transportasi membayangkan sistem jalan raya otomatis, dimana kendaraan listrik tanpa sopir dibebankan secara nirkabel oleh tenaga surya atau sumber energi terbarukan lainnya. Tujuannya adalah mengurangi kecelakaan dan secara dramatis memperbaiki arus lalu lintas sambil menurunkan emisi gas rumah kaca.
Teknologi nirkabel juga bisa membantu navigasi GPS mobil tanpa sopir. GPS akurat sampai sekitar 10 meter. Untuk keamanan, mobil otonom perlu berada di tengah jalur di mana koil pemancar akan disematkan, memberikan posisi yang sangat tepat untuk satelit GPS.
Resonansi magnetis
Perpindahan daya nirkabel mid-range, seperti yang dikembangkan di Stanford dan universitas riset lainnya, didasarkan pada kopling resonansi magnetik. Sama seperti pembangkit listrik utama menghasilkan arus bolak-balik dengan memutar gulungan kawat di antara magnet, listrik yang bergerak melalui kawat menciptakan medan magnet yang berosilasi. Bidang ini juga menyebabkan elektron dalam gulungan kabel di dekatnya terombang-ambing, sehingga mentransfer daya secara nirkabel. Efisiensi transfer lebih ditingkatkan jika kedua koil disetel ke frekuensi resonansi magnetik yang sama dan diposisikan pada sudut yang benar.
Namun, arus listrik yang terus menerus hanya dapat dipertahankan jika beberapa aspek rangkaian, seperti frekuensi, disetel secara manual saat objek bergerak. Jadi, koil transmisi dan koil transmisi energi harus tetap hampir tidak bergerak, atau perangkat harus disetel secara otomatis dan terus menerus – proses yang sangat kompleks.
Untuk mengatasi tantangan tersebut, tim Stanford menghilangkan sumber frekuensi radio di pemancar dan menggantinya dengan voltase penguat dan resistor umpan balik yang tersedia secara komersial. Sistem ini secara otomatis mencari tahu frekuensi yang tepat untuk jarak yang berbeda tanpa memerlukan campur tangan manusia.
“Menambahkan amplifier memungkinkan daya untuk ditransfer dengan sangat efisien melintasi sebagian besar jarak tiga kaki dan terlepas dari perubahan orientasi koil penerima,” kata mahasiswa pascasarjana Sid Assawaworrarit, penulis utama studi tersebut. “Ini menghilangkan kebutuhan akan penyetelan otomatis dan terus menerus dari aspek sirkuit apapun.”
Assawaworrarit menguji pendekatan dengan menempatkan bola lampu LED pada koil penerima. Dalam setup konvensional tanpa tuning aktif, kecerahan LED akan berkurang dengan jarak. Dalam pengaturan baru, kecerahan tetap konstan saat receiver bergerak menjauh dari sumber dengan jarak sekitar 1 meter. Tim Fan Shanhui baru-baru ini mengajukan permohonan paten untuk kemajuan terakhir yang diperoleh.
Kelompok ini menggunakan amplifier umum sederhana, dengan efisiensi yang relatif rendah sekitar 10 persen. Mereka mengatakan amplifier custom-made dapat meningkatkan efisiensi itu hingga lebih dari 90 persen.
“Kita bisa memikirkan kembali bagaimana mengirim listrik tidak hanya ke mobil kita, tapi juga ke perangkat yang lebih kecil atau di tubuh kita,” kata Fan. “Untuk apa pun yang bisa mendapatkan keuntungan dari pengisian nirkabel yang dinamis, ini berpotensi sangat penting.”
