Air laut sebagai kabel listrik? Transfer daya nirkabel di lautan
Engineering

Air laut sebagai kabel listrik? Transfer daya nirkabel di lautan


Kredit: CC0

Lektor kepala Masaya Tamura, Kousuke Murai (yang telah menyelesaikan semester pertama program masternya), dan tim peneliti mereka dari Departemen Teknik Informasi Elektro dan Elektronik di Universitas Teknologi Toyohashi telah berhasil mentransfer daya dan data secara nirkabel melalui air laut dengan menggunakan pemancar / penerima daya dengan empat lapisan elektroda datar ultra-tipis. Di bidang transfer daya nirkabel, air laut berperilaku sebagai dielektrik dengan kerugian yang sangat tinggi, dan pencapaian melalui kopling kapasitif sulit dilakukan. Hingga saat ini, diperkirakan bahwa transfer daya nirkabel hanya dapat dicapai melalui sambungan magnet. Kali ini, dengan fokus pada sifat frekuensi tinggi air laut, metode ketiga untuk penggandengan konduktif telah dirancang, dan pemancar / penerima daya dikembangkan untuk mencapai transfer daya yang sangat efisien.

Jumlah orang yang terlibat dalam industri perikanan Jepang terus menurun setiap tahun seiring dengan pertambahan usia rata-rata. Salah satu alasannya adalah banyaknya pekerjaan manual berintensitas tinggi yang harus bergantung pada tangan manusia. Untuk memperbaiki situasi ini, otomatisasi dimajukan melalui penggunaan robot yang membersihkan jaring akuakultur, dll. Kedepannya, diharapkan akan dikembangkan robot (drone bawah air) yang ditempatkan di air laut sehingga kualitas air dan pengelolaan lingkungan, pengecekan pada pertumbuhan ikan, dll., semuanya dapat dikelola secara robotik. Namun, karena drone ini bertenaga baterai, drone ini perlu ditarik keluar dari air, diisi dayanya, dan minta mereka menyelam kembali ke air berulang kali. Selain itu, data yang dikumpulkan di bawah air harus dikumpulkan saat ini. Kunci dari masalah ini adalah perkembangan teknologi untuk mentransfer daya dan data secara nirkabel di air laut melalui stasiun catu daya. Secara khusus, karena drone ini ringan, dan karena peningkatan bobot dan volume membuat pengontrolan daya apung dan orientasi menjadi sulit, teknologi yang ringan dan hemat ruang harus direalisasikan. Lektor kepala Masaya Tamura dan tim penelitinya telah mengembangkan jenis baru pemancar / penerima listrik yang mencapai transfer daya nirkabel yang sangat efisien bahkan di air laut.

Efisiensi transfer daya nirkabel bergantung pada kQ produk, yang merupakan produk dari koefisien kopling k antara pemancar dan penerima daya dan faktor-Q kehilangan pemancar / penerima daya termasuk pengaruh lingkungan sekitarnya. Efisiensi meningkat saat k mendekati 1 dan faktor Q meningkat. Namun, arus listrik frekuensi tinggi mengalir dalam dielektrik yang sangat konduktif seperti air laut, sehingga sulit untuk membahas faktor k dan Q secara terpisah. Namun, karena prinsip dimana efisiensi meningkat sebagai kQ peningkatan produk tidak berubah, parameter kunci diidentifikasi untuk meningkatkan efisiensi dari sirkuit ekivalen yang berfokus pada konduktivitas air laut dari sudut pandang kQ produk. Sebuah teori desain kemudian didirikan dimana kQ produk menunjukkan nilai maksimum, dan pemancar / penerima daya dirancang. Berdasarkan hal ini, efisiensi transfer daya RF-RF 94,5% pada jarak transfer 2 cm dan minimal 85% pada jarak transfer 15 cm dicapai pada pita lebar. Efisiensi transfer daya minimal 90% bahkan dapat dipertahankan pada jarak transfer 2 cm dengan daya listrik 1 kW. Selain itu, transfer berkecepatan tinggi dapat dicapai untuk mempertahankan efisiensi tinggi di seluruh pita lebar. Tim berhasil menggunakan pemancar / penerima listrik yang mereka kembangkan untuk mengisi daya kapasitor dan menggunakan kekuatan ini untuk menggerakkan modul kamera yang mentransfer video secara real-time melalui pemancar / penerima listrik yang sama. Kecepatan transfer kali ini sekitar 90 Mbps, tetapi kecepatan yang lebih tinggi dimungkinkan. Eksperimen untuk mentransfer daya dan data ke drone bawah air kecil, dengan harapan drone akan parkir di stasiun catu daya, juga berhasil. Bobot total penerima listrik dan rangkaian daya listrik yang terpasang pada drone saat ini sangat ringan yaitu sekitar 270 g.

Air laut sebagai kabel listrik !? Transfer daya nirkabel di lautan

Drone bawah air (kiri atas), stasiun catu daya (kiri bawah), drone yang diparkir di stasiun catu daya yang dipasang di dasar laut untuk pengisian baterai (kanan). Kredit: Universitas Teknologi Toyohashi.

Pemimpin tim peneliti, profesor Masaya Tamura, menyatakan: “Dalam air laut yang kaya ion, diharapkan arus listrik frekuensi tinggi akan mengalir dengan kehilangan yang minimal. Saat meneliti transfer daya nirkabel di air tawar, dan saat menganalisis aliran daya efisiensi transfer berubah dengan salinitas air, kami menemukan fenomena di mana efisiensi akan menurun beberapa persen dengan meningkatnya salinitas, tetapi dari salinitas tertentu, efisiensi akan pulih dan dipertahankan sekitar 20%. Saya sangat yakin bahwa ini adalah bukti yang mendukung prediksi saya, dan kami mengembangkan teori operasional dari rangkaian yang setara untuk pemancar / penerima daya untuk menyelidiki dan mengklarifikasi hasil ini secara mendetail. Kami kemudian merancang struktur pemancar / penerima daya berdasarkan teori tersebut, dan setelah membuat prototipe dan melakukan pengukuran, kami memperoleh hasil untuk transfer daya di air laut dengan efisiensi minimal 90%. Untuk mencegah perubahan kimiawi pada permukaan elektroda yang terjadi di air laut ketika sejumlah besar daya disuplai, lapisan berinsulasi diterapkan. Kami terkejut mencapai efisiensi setidaknya 90% bahkan dalam kondisi seperti ini. “

Tim peneliti percaya bahwa hasil penelitian ini akan memungkinkan drone untuk mentransfer data dan diisi ulang di air laut tanpa perubahan desain yang signifikan pada drone bawah air, dan bahwa mereka akan berkontribusi pada peningkatan cepat dalam efisiensi operasional. Power transmitter / receiver yang dikembangkan sangat sederhana dan ringan, artinya kenaikan bobot drone bawah air dapat diminimalisir. Tujuan utama mereka adalah berkontribusi pada pengembangan sistem drone bawah air yang dapat dikelola sepenuhnya di darat. Hasil penelitian ini rencananya akan diumumkan di masa mendatang dalam publikasi, konferensi akademik, dll.


Tanpa pamrih: Memaksimalkan efisiensi pengisian nirkabel dengan banyak pemancar


Informasi lebih lanjut:
Masaya Tamura dkk, Desain Coupler Konduktif untuk Daya Nirkabel Bawah Air dan Transfer Data, Transaksi IEEE pada Teori dan Teknik Microwave (2020). DOI: 10.1109 / TMTT.2020.3041245

Disediakan oleh Universitas Teknologi Toyohashi

Kutipan: Air laut sebagai kabel listrik? Transfer daya nirkabel di lautan (2021, 13 Januari) diambil pada 13 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-seawater-electrical-cable-wireless-power.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG