นักวิจัยทำการชาร์จไฟให้สมาร์ทโฟนโดยใช้แสงเลเซอร์ที่ยิงจากระยะไกลได้สำเร็จ

ทีมนักวิจัยจาก University of Washington ได้ทำการทดลองชาร์จไฟแบบไร้สายให้กับโทรศัพท์มือถือด้วยเทคนิคใหม่โดยการยิงแสงเลเซอร์จากระยะไกลได้เป็นผลสำเร็จ

ที่ผ่านมาถึงตอนนี้ การชาร์จไฟแบบไร้สายแทบทั้งหมดเป็นการส่งผ่านพลังงานผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านความถี่คลื่นวิทยุทั้งสิ้น ไม่ว่าจะเป็นมาตรฐานของ Qi ซึ่งใช้คลื่นในช่วง 100 - 205 kHz, มาตรฐาน PMA ซึ่งใช้คลื่นในช่วง 277 - 357 kHz หรือมาตรฐาน A4WP ที่ใช้คลื่นความถี่ 6.78 MHz แต่ในเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นใช่ว่าจะมีเพียงคลื่นวิทยุ ทีมวิจัยจึงทดลองใช้คลื่นแสงมาทำหน้าที่ส่งผ่านพลังงานดูบ้าง

พวกเขาใช้เครื่องยิงลำแสงเลเซอร์ (เป็นรังสีอินฟราเรดย่านใกล้) ส่งผ่านพลังงานแบบต่อเนื่องด้วยกำลัง 2 วัตต์ เป็นระยะทาง 4.3 เมตร ไปยังตัวรับพลังงานซึ่งจะเปลี่ยนพลังงานให้อยู่ในรูปพลังงานไฟฟ้าเพื่อชาร์จไฟให้กับสมาร์ทโฟนหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใดก็ตาม โดยขนาดของชุดการทดลองนี้สามารถส่งผ่านพลังงานไปยังพื้นที่เป้าหมายขนาดประมาณ 25 ตารางเซนติเมตร

ทีมวิจัยระบุว่าสามารถปรับแต่งเครื่องยิงเลเซอร์ให้เพิ่มกำลังการยิงให้ยิงลำแสงได้ไกลขึ้นเป็น 12 เมตร พร้อมทั้งขยายขนาดของลำแสง ทำให้ตกกระทบพื้นที่เป้าหมายขนาด 100 ตารางเซนติเมตรได้ ซึ่งพื้นที่เป้าหมายขนาดดังกล่าวเปรียบได้กับพื้นที่ว่างเล็กๆ บนโต๊ะทำงาน ที่ซึ่งเราจะสามารถวางสมาร์ทโฟนกี่เครื่องก็ได้ในบริเวณนั้นเพื่อรับการชาร์จด้วยเลเซอร์ 2 วัตต์ได้ทั้งหมด ซึ่งทีมวิจัยระบุว่าความเร็วในการชาร์จไฟด้วยเลเซอร์นี้เปรียบได้กับการเสียบสายชาร์จไฟโดยตรง

สำหรับตัวสมาร์ทโฟนเองที่จะใช้ระบบชาร์จไฟด้วยเลเซอร์นี้ จะต้องติดตั้งแผ่นรับพลังงานไว้ด้านหลังของเครื่อง ซึ่งมันจะทำหน้าที่แปลงพลังงานที่ได้รับจากเลเซอร์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ทั้งนี้ทีมวิจัยยังได้พัฒนาแผ่นรับพลังงานโดยคำนึงถึงเรื่องความร้อนที่เกิดจากการชาร์จด้วยเลเซอร์ด้วย จึงได้เพิ่มแผ่น thermoelectric ที่เป็นแผ่นบางเรียบทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานความร้อนให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าช่วยเติมประจุให้แบตเตอรี่อีกทางหนึ่ง และยังมีแผ่นโลหะอีกชุดหนึ่งที่จะทำหน้าที่เป็นแผงระบายความร้อน ช่วยปลดปล่อยความร้อนส่วนที่เกินกว่าจะเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ทันด้วย

ใช่แต่เพียงเรื่องของระบบการยิงลำแสงเพื่อส่งพลังงานอันเป็นหัวใจของงานวิจัยนี้เท่านั้นที่น่าสนใจ ทว่าหลักการทำงานแวดล้อมอื่นๆ ต่างก็ผ่านกระบวนการคิดและมีการใช้เทคนิคที่น่าสนใจเช่นกัน อย่างเรื่องของการเปิดและปิดโดยอัตโนมัติของเครื่องยิงลำแสง รวมทั้งเรื่องของความปลอดภัยที่ต้องคิดหาวิธีป้องกันไม่ให้ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงนี้ตกกระทบและทำอันตรายต่อร่างกายของผู้ใช้

สำหรับระบบการเปิดและปิดเครื่องยิงลำแสงนั้น จะอาศัยการตรวจจับสัญญาณจากสมาร์ทโฟนที่ติดตั้งตัวรับพลังงานจากเลเซอร์ไว้ ตัวสมาร์ทโฟนจะปล่อยคลื่นเสียงที่หูมนุษย์ไม่อาจได้ยินออกมา คลื่นเสียงดังกล่าวสามารถตรวจจับได้ด้วยไมโครโฟนพิเศษที่ติดตั้งไว้กับระบบเครื่องยิงลำแสง และจากการตรวจจับคลื่นเสียงจนสามารถยืนยันตำแหน่งของสมาร์ทโฟนว่าอยู่ในพื้นที่ชาร์จไฟแล้ว (ซึ่งหมายถึงพื้นที่เป้าหมายการยิงลำแสงขนาด 25 ตารางเซนติเมตรในที่นี้) ระบบก็จะยิงลำแสงเลเซอร์เพื่อส่งพลังงานไปชาร์จไฟให้แก่สมาร์ทโฟน

ส่วนระบบเพื่อความปลอดภัยที่ตัดการทำงานยิงลำแสงเลเซอร์เพื่อป้องกันมิให้ก่ออันตรายต่อผู้ใช้นั้น อาศัยการออกแบบเครื่องยิงลำแสงเลเซอร์ให้ยิงลำแสงออกมาหลายลำ โดยบริเวณกึ่งกลางของเครื่องยิงลำแสงนั้นจะเป็นช่องยิงลำแสงพลังงาน (ลำแสงพลังงานนี้คือลำแสงเลเซอร์หลักที่จะส่งพลังงานไปให้สมาร์ทโฟนซึ่งอาจเป็นอันตรายได้หากตกกระทบร่างกายผู้ใช้) บริเวณด้านข้างโดยรอบของช่องยิงลำแสงพลังงาน ยังมีช่องยิงลำแสงอีก 4 ช่อง ซึ่งช่องยิงลำแสงเหล่านี้จะทำหน้าที่ยิง "ลำแสงป้องกัน" ทั้งนี้ในการทดลองจริง ทั้งลำแสงพลังงานและลำแสงป้องกันจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (ลำแสงป้องกันสีแดงที่ปรากฏในภาพประกอบ เกิดขึ้นจากการปรับตั้งเป็นพิเศษเพื่องานถ่ายภาพประกอบการนำเสนองานวิจัยเท่านั้น)

ลำแสงป้องกันนี้เป็นลำแสงเลเซอร์พลังงานต่ำ ในขณะทำการชาร์จไฟให้สมาร์ทโฟน ลำแสงป้องกันนี้จะตกกระทบกับตัวสะท้อนแสงที่ติดตั้งไว้กับแผ่นรับพลังงานที่อยู่ด้านหลังสมาร์ทโฟน และสะท้อนกลับมายัง photodiode ที่เครื่องยิงเลเซอร์ ซึ่งตัว photodiode นี้จะทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับการสะท้อนของลำแสงป้องกัน หากมีวัตถุอื่นใดมาบดบังลำแสงป้องกันมิให้สะท้อนกลับมายัง photodiode นี้ได้ ระบบจะเข้าใจว่าวัตถุนั้นกำลังจะเคลื่อนเข้าไปตัดผ่านแนวลำแสงพลังงานอันจะเป็นอันตรายได้ ถึงตรงนี้ระบบจะทำการหยุดยิงลำแสงพลังงานทันที

ทีมวิจัยได้ปรับปรุงระบบหยุดยิงลำแสงพลังงานเมื่อมีวัตถุบดบังลำแสงป้องกันให้ตอบสนองรวดเร็วจนแน่ใจว่า ไม่มีวัตถุใดที่เคลื่อนด้วยอัตราเร็ว 44 เมตรต่อวินาที จะเคลื่อนที่ตัดผ่านแนวลำแสงพลังงานได้ทัน ซึ่งตัวเลขอัตราเร็ว 44 เมตรต่อวินาทีนี้มีนัยสำคัญในฐานะสถิติอัตราเร็วสูงสุดที่มนุษย์จะสามารถเคลื่อนไหวร่างกายส่วนใดส่วนหนึ่งได้โดยอ้างอิงจากการศึกษาด้านสรีรวิทยา

คำถามที่น่าสนใจต่อไปก็คือ มีโอกาสมากน้อยเพียงใดที่งานวิจัยนี้จะได้รับการพัฒนาต่อยอดเพื่อการเข้าสู่การผลิตในเชิงอุตสาหกรรมเพื่อสร้างเป็นผลิตภัณฑ์ออกวางจำหน่ายจริง