На пике своей карьеры первопроходец инженер-электрик Никола Тесла стал одержим идеей. Он заявлял, что электричество может передаваться по беспроводной сети по воздуху на большие расстояния - либо через ряд стратегически расположенных башен, либо прыгая через систему подвесных воздушных шаров.
Что то пошло не по плану, и амбиции Тесла для беспроводного глобального электроснабжения не были реализованы. Но сама теория не была опровергнута. Она просто потребовала бы необычайного количества энергии, большая часть которой была бы потрачена впустую.
Теперь, научно-исследовательская работа предположила, что архитекторы сети 5G, возможно, невольно построили то, что Tesla не удалось построить на рубеже двадцатого века: "беспроводная электросеть", которая может быть адаптирована для зарядки или питания небольших устройств, встроенных в автомобили, дома, рабочие места и заводы.
Сети 5G
Десятилетия назад было обнаружено, что плотно сфокусированный радиолуч может передавать энергию на относительно большие расстояния без использования провода для переноса заряда. Та же технология в настоящее время используется в сети 5G: последнее поколение технологий для подключения к Интернету на ваши устройства, через радиоволны передаются с местной антенны.
Технология 5G нацелена на то, чтобы обеспечить 1000-кратное увеличение пропускной способности по сравнению с последним поколением 4G, чтобы позволить подключать до миллиона пользователей на квадратный километр, что позволит тем моментам, когда поиск сигнала на музыкальных фестивалях или спортивных мероприятиях уйти в прошлое.
Чтобы поддержать эти обновления, 5G использует некоторую инженерную магию, и эта магия состоит из трех частей: очень плотные сети с большим количеством мачт, специальная антенная технология и включение передачи миллиметровых волн (mmWave) наряду с более традиционными полосами.
Последний из них, mmWave, открывает гораздо большую полосу пропускания за счет более коротких расстояний передачи. Например, большинство Wi-Fi-маршрутизаторов работают в диапазоне 2 ГГц. Если ваш маршрутизатор имеет опцию 5 ГГц, вы заметите, что фильмы транслируются более плавно, но вы должны быть ближе к маршрутизатору, чтобы он работал.
Увеличьте частоту еще больше (например, mmWave, которая работает на частоте 30 ГГц или более), и вы увидите еще большее улучшение полосы пропускания – но вам нужно быть ближе к базовой станции, чтобы получить к ней доступ. Вот почему мачты 5G сгруппированы более плотно, чем мачты 4G.
Последний бит магии заключается в том, чтобы добавить гораздо больше антенн – от 128 до 1024 по сравнению с гораздо меньшим числом (всего два в некоторых случаях) для 4G. Несколько антенн позволяют мачтам формировать сотни карандашных лучей, нацеленных на определенные устройства, обеспечивая эффективный и надежный Интернет для вашего телефона на ходу.
Это те же самые сырые ингредиенты, которые необходимы для создания беспроводной энергосистемы. Повышенная плотность сети особенно важна, поскольку она открывает возможность использования миллиметровых диапазонов для передачи различных радиоволн, которые могут нести как интернет-соединение, так и электроэнергию.
Эксперименты с мощностью 5G
В экспериментах использовались новые типы антенн для облегчения беспроводной зарядки. В лаборатории исследователи смогли излучать энергию 5G на относительно короткое расстояние чуть более 2 метров, но они ожидают, что будущая версия их устройства сможет передавать 6 мкВт (6 миллионных долей ватта) на расстояние 180 метров.
Чтобы поместить это в контекст, обычные устройства, например телефон, потребляют около 5 мкВт в самом глубоком спящем режиме. Конечно, устройства будут требовать все меньше и меньше энергии для работы по мере разработки умных алгоритмов и более эффективной электроники, но 6 мкВт-это все еще очень небольшое количество энергии.
Это означает, по крайней мере на данный момент, что беспроводная мощность 5G вряд ли будет практична для зарядки вашего мобильного телефона в течение дня. Но он может заряжать или питать устройства такие как датчики и сигнализация, которые, как ожидается, получат широкое распространение в будущем.
Небольшие проблемы
Чтобы обеспечить беспроводное питание, мачты 5G потребляют около 31 кВт энергии – что эквивалентно 10 чайникам постоянно кипящей воды.
Хотя опасения, что технология 5G может вызвать рак, были широко развенчаны учеными, такое количество энергии, исходящей от мачт, может быть небезопасным. Грубый расчет предполагает, что пользователи должны будут находиться на расстоянии не менее 16 метров от мачт, чтобы соблюдать правила безопасности. Тем не менее, эта технология находится в зачаточном состоянии. Вполне возможно, что будущие подходы, такие как новая антенна с более узкими и более направленными лучами, могут значительно уменьшить энергию, требуемую – и потраченную впустую – каждой мачтой.
Поскольку он будет потреблять большое количество энергии по сравнению с мощностью, которую он будет доставлять устройствам, беспроводная мощность 5G на данный момент является спекулятивной. Но если инженеры смогут найти более эффективные способы передачи электричества по воздуху, вполне возможно, что мечта Николы Теслы о беспроводной энергии может быть реализована спустя 100 лет с тех пор, как его попытки потерпели неудачу.