ผู้พิพากษากำลังขับรถกลับดึกคืนหนึ่งในฤดูหนาวอันหนาวเหน็บ เมื่อเข้าไปในโรงรถ ไฟแสดงสถานะการชาร์จแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนแบบไร้สายก็สว่างขึ้น “บ้านในที่สุด” ข้ามความคิดของเขา เขารูดสมาร์ทการ์ดส่วนตัวบนเครื่องตรวจจับที่ประตูหน้าเพื่อให้เข้าได้ เขาได้ยินเสียงบี๊บ “กำลังชาร์จ” จากโทรศัพท์มือถือ เคอร์เซอร์กะพริบบนอีเมลที่อ่านได้ครึ่งทางบนแล็ปท็อปรออยู่บนโต๊ะข้างๆ ทั้งวัน
เขาหยิบคอมพิวเตอร์
ขึ้นมาและเดินไปที่โต๊ะทำงานของเขา “สวัสดีตอนเย็น ผู้มีเกียรติของคุณ เสื้อคลุมอุ่นแบบไร้สายของคุณ” หุ่นยนต์บัตเลอร์กล่าวขณะเดินเข้ามาจากห้องครัว เขาสวมชุดไฟฟ้าและนั่งบนเก้าอี้แผนกการแพทย์ ตอนนี้หัวใจเทียมของเขาเต้นเร็วขึ้นนิยายวิทยาศาสตร์มักจะแสดงออกถึงความปรารถนาที่ขัดขวางสังคม
และความรู้สึกคาดหวังให้ปาฏิหาริย์ทางเทคโนโลยีบางอย่างเกิดขึ้น สังคมที่ไม่มีสายไฟเป็นสิ่งที่ได้รับในนิยายวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ แท้จริงแล้ว ทุกวันนี้เราอาศัยอยู่ใน “ยุคไร้สาย” ซึ่งอากาศที่เราหายใจอาจมีข้อมูลมากกว่าออกซิเจน อย่างไรก็ตาม นี่เป็นยุคที่โทรศัพท์มือถือ เครื่องเล่น MP3 คอมพิวเตอร์
แล็ปท็อป และหุ่นยนต์ในบ้านมีอยู่เคียงข้างกับสายไฟแบบเก่าและแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ ซึ่งแตกต่างจากข้อมูล พลังงานไฟฟ้ายังคงถูกจำกัดทางกายภาพให้อยู่ในอุปกรณ์ที่ผิดยุคสมัยเหล่านี้ การเอาชนะอุปสรรคสุดท้ายเหล่านี้จะทำให้โลกนี้กลายเป็นโลกไร้สายอย่างแท้จริง ศาสตร์? ใช่. นิยาย? ไม่อีกแล้ว.
เรื่องทั้งหมดเริ่มต้นเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อนักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในสหรัฐอเมริกา กำลังขับรถกลับบ้านในคืนหนึ่งในฤดูหนาวที่หนาวเย็น และเขาได้ยินเสียงบี๊บที่ไม่เป็นมิตรจากโทรศัพท์มือถือของเขา มันเป็นการแจ้งเตือนที่น่ารำคาญว่าแบตเตอรี่กำลังจะหมดอีกครั้ง
ทันใดนั้น ก็นึกขึ้นได้ว่ามันจะดีแค่ไหนหากโทรศัพท์มือถือสามารถชาร์จไฟเองได้ เช้าวันรุ่งขึ้น เขากลับไปที่สำนักงานของเขาที่ MIT เพื่อหาวิธีแก้ปัญหา ในไม่ช้าการค้นหาวรรณกรรมอย่างละเอียดถี่ถ้วนเผยให้เห็นว่าการส่งพลังงานแบบไร้สายไม่ใช่แนวคิดดั้งเดิม ย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 1890 นิโคลา เทสลา
หนึ่งในผู้บุกเบิก
ด้านแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยิ่งใหญ่ เป็นคนแรกที่มองเห็นว่าไฟฟ้าซึ่งเป็นรูปแบบพลังงานที่พบใหม่ควรถูกส่งไปยังบ้านทุกหลัง ในทุกเมือง ในทุกประเทศบนโลกใบนี้ อย่างไรก็ตาม เทสลาไม่คาดคิดมาก่อนว่าผู้คนจะยอมลากสายไฟไปทั่วโลกเพื่อใช้ไฟฟ้า เขาใฝ่ฝันถึงวิธีการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าแบบไร้สาย
ในระยะทางไกล สิ่งนี้จะสำเร็จได้โดยใช้ตัวสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคู่ขนาดใหญ่ที่สามารถสร้างสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่มากได้ ซึ่งน่าจะแพร่กระจายได้มากที่สุดไม่ว่าจะผ่านการนำผ่านชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ (น่าจะรวมถึงประกายไฟขนาดมหึมา) หรือผ่านโลก
(อาจผ่านการเชื่อมต่อขั้นกลางกับเรโซแนนซ์ประจุไฟฟ้าของโลก ซึ่งเรียกว่า ชูมันน์เรโซแนนซ์) ตัวอย่างของความพยายามของเทสลาในการบรรลุเป้าหมายคือ ซึ่งเป็นโครงสร้างสูง 57 เมตรในลองไอส์แลนด์ที่มีไว้เพื่อส่งกระแสไฟฟ้าไปยังดาวเคราะห์ทั้งดวง การก่อสร้างหยุดชะงักในราวปี 1905
ไม่ใช่เพราะวิธีการนี้ถือว่าใช้ไม่ได้ผลหรืออันตราย แต่เป็นเพราะเจ พี มอร์แกน นักการเงินและนายธนาคารชื่อดังกังวลว่าจะไม่มีทางเรียกเก็บเงินผู้ใช้ไฟฟ้าจากระยะไกลได้ ทุกวันนี้ กว่าหนึ่งศตวรรษหลังจากเทสลา ไฟฟ้าเข้าถึงบ้านเกือบทุกหลังผ่านโครงข่ายไฟฟ้าทั่วโลก แต่ถึงอย่างไร,
ไม่มีสายไฟติดทุกวันนี้ เรารู้วิธีต่างๆ ในการส่งพลังงานโดยไม่ใช้สายไฟ ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น คลื่นวิทยุ เสาอากาศแผ่รังสีรอบทิศทางเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งใช้ในการให้บริการอินเทอร์เน็ตไร้สาย โทรคมนาคมเคลื่อนที่ และวิทยุกระจายเสียงและโทรทัศน์
โดยทั่วไปแล้ว
เสาอากาศเหล่านี้ทำงานในระบอบความถี่สูง MHz/ต่ำ GHz แม้ว่าเสาอากาศดังกล่าวจะมีความแข็งแรงสูงและเหมาะสำหรับใช้กับเครื่องรับโทรศัพท์มือถือ เนื่องจากสามารถทำงานได้ทุกทิศทางและไม่จำเป็นต้องมีแนวรับในแนวรับ จึงไม่มีประสิทธิภาพมากนัก มีเพียงส่วนเล็กๆ ของพลังงาน
ที่แผ่ออกมาในทิศทางของเครื่องรับเท่านั้นที่จะถูกดึงขึ้นมา เนื่องจากการแผ่รังสีส่วนใหญ่จะหายไปในทิศทางอื่นๆ ทั้งหมด การใช้เสาอากาศที่มีทิศทางสูง โดยหลักการแล้ว เช่น เสาอากาศลำแสงไมโครเวฟ จะช่วยแก้ปัญหานี้และบรรลุผลสำเร็จในการส่งกำลังที่มีประสิทธิภาพสูงแม้ในระยะทางไกล
(เช่น กิโลเมตร) ในทางกลับกัน เสาอากาศประเภทนี้ต้องการแนวการมองเห็นที่ต่อเนื่อง ซึ่งในตัวมันเองจำเป็นต้องมีกลไกติดตามอุปกรณ์และคานบังคับเลี้ยวที่ซับซ้อน นอกจากนี้ ลำแสงโฟกัสกำลังสูงอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัย อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับเสาอากาศคือการใช้หม้อแปลงไฟฟ้า
แบบเหนี่ยวนำ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปในวงจรไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้า (เช่น แปรงสีฟันไฟฟ้าและที่ชาร์จ) โดยทั่วไปหม้อแปลงจะทำงานที่ความถี่กลาง kHz โดยพื้นฐานแล้วจะถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าจากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่งผ่านการเหนี่ยวนำ: ฟลักซ์แม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาที่ผลิตโดยขดลวด
ปฐมภูมิจะข้ามขดลวดทุติยภูมิและเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า ขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิไม่ได้เชื่อมต่อกัน ดังนั้นวิธีนี้จึงเป็นแบบไร้สาย หม้อแปลงสามารถมีประสิทธิภาพมาก แต่ระยะห่างระหว่างขดลวดต้องเล็กมาก (โดยทั่วไปไม่กี่มิลลิเมตร) สำหรับระยะทางสองสามเท่าของขนาด
ของขดลวด ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมากส่วนหนึ่งของฟิสิกส์พื้นฐานสำหรับวิธีการส่วนใหญ่ที่มีอยู่สำหรับการถ่ายโอนไฟฟ้าแบบไร้สายคือหลักการพื้นฐานของเรโซแนนซ์: คุณสมบัติของระบบทางกายภาพบางอย่างในการสั่นด้วยแอมพลิจูดสูงสุดที่ความถี่หนึ่งๆ ตามนั้น สำหรับการกระตุ้นประเภทใด
