ניקולה טסלה: רשת 5G יכולה להגשים את חלומו של חשמל אלחוטי

ניקולה טסלה

תמונה באמצעות וולדסק

מאמר זה על ניקולה טסלה וחשמל אלחוטי מתפרסם כאן באישור השיחה . תוכן זה משותף כאן מכיוון שהנושא עשוי לעניין את קוראי סנופס, אך הוא אינו מייצג את עבודתם של בודקי עובדות או עורכים של סנופס.




בשיאה של הקריירה שלו, מהנדס החשמל החלוצי ניקולה טסלה נעשה אובססיבי לרעיון. הוא תיאר כי ניתן להעביר חשמל דרך האוויר למרחקים ארוכים - או באמצעות סדרה של מגדלים הממוקמים אסטרטגית, או קפיצה על פני מערכת בלונים תלויים.

דברים לא הלך לתכנן , והשאיפות של טסלה לספק חשמל עולמי אלחוטי מעולם לא מומשו. אבל התיאוריה עצמה לא הופרכה: היא פשוט הייתה דורשת כמות יוצאת דופן של כוח, שרבים מהם היו מבוזבזים.

עַכשָׁיו, עבודת מחקר הציע כי אדריכלי רשת 5G אולי בנו מבלי משים את מה שטסלה לא הצליחה לבנות בתחילת המאה העשרים: 'רשת חשמל אלחוטית' שניתן להתאים להטעין או להפעיל מכשירים קטנים המוטמעים במכוניות, בתים, מקומות עבודה ו בתי חרושת.



מכיוון ש- 5G נשענת על רשת צפופה של תרנים וסדרה חזקה של אנטנות, יתכן שאותה תשתית, עם כמה שינויים, תוכל להקרין חשמל למכשירים קטנים. אך השידור עדיין יסבול מהחסרון העיקרי של מגדלי טסלה: בזבוז אנרגיה גבוה, שעשוי להיות קשה להצדיק אותו בהתחשב בדחיפות של משבר האקלים.

רשתות 5G

צילום שחור-לבן של מגדל חשמל

אחד ממגדלי טסלה, צולם בשנת 1904.
ויקימדיה

לפני עשרות שנים התגלה כי קרן רדיו ממוקדת היטב יכול להעביר כוח למרחקים גדולים יחסית מבלי להשתמש בחוט לשאת המטען. באותה טכנולוגיה משתמשים כיום ב רשת 5G : הדור האחרון של הטכנולוגיה להקרין חיבור אינטרנט לטלפון שלך, באמצעות גלי רדיו המועברים מאנטנה מקומית.



טכנולוגיית 5G זו שואפת לספק הגדלת יכולת פי 1,000 במהלך הדור האחרון, 4G, כדי לאפשר למיליון משתמשים להתחבר לקילומטר מרובע - מה שהופך את הרגעים האלה שמחפשים אות בפסטיבלי מוזיקה או אירועי ספורט לשם דבר.

כדי לתמוך בשדרוגים אלו, 5G משתמש בכמה קסמים הנדסיים, והקסם הזה מגיע בשלושה חלקים: רשתות צפופות מאוד עם הרבה תרנים נוספים, טכנולוגיית אנטנות מיוחדת והכללת גל מילימטר שידור (mmWave) לצד להקות מסורתיות יותר.

האחרון שבהם, mmWave, פותח רוחב פס הרבה יותר במחיר מרחקי שידור קצרים יותר. לצורך ההקשר, רוב נתבי ה- WiFi פועלים ברצועת 2 GHz. אם לנתב שלך יש אפשרות 5GHz, תבחין שסרטים זורמים בצורה חלקה יותר - אבל אתה צריך להיות קרוב יותר לנתב שלך כדי שהוא יעבוד.

הגדל את התדר נוסף (כמו mmWave, הפועל במהירות 30GHz ומעלה) ותראה שיפורים גדולים עוד יותר ברוחב הפס - אך עליך להיות קרוב יותר לתחנת הבסיס כדי לגשת אליו. זו הסיבה לתרנים 5G מקובצים בצפיפות רבה יותר מאשר תרני 4G.

מודול אנטנה 5G על תורן

תרני 5G מקובצים בצפיפות רבה יותר מקודמיהם.
ליסיק / שוטרסטוק

במה הואשם ג'ורג 'פלויד

מעט הקסם האחרון הוא להוסיף אנטנות רבות יותר - בין 128 ל -1,024 לעומת מספר קטן בהרבה (רק שתיים בחלק מהמקרים) עבור 4G. אנטנות מרובות מאפשרות לתרנים ליצור מאות קורות דמויות עיפרון הממוקדות למכשירים מסוימים, ומספקות אינטרנט יעיל ואמין לטלפון שלך בתנועה.

מדובר במקרה באותם חומרי גלם הדרושים ליצירת רשת חשמל אלחוטית. צפיפות הרשת המוגברת חשובה במיוחד מכיוון שהיא פותחת את האפשרות להשתמש ברצועות mmWave להעברת גלי רדיו שונים שיכולים לשאת גם חיבור לאינטרנט וגם חשמל.

מתנסים בכוח 5G

ה ניסויים השתמשו בסוגים חדשים של אנטנות כדי להקל על טעינה אלחוטית. במעבדה הצליחו החוקרים להקרין כוח 5G על פני מרחק קצר יחסית של קצת יותר מ -2 מטרים, אך הם מצפים שגרסה עתידית של המכשיר שלהם תוכל להעביר 6μW (6 מליוניות וואט) במרחק של 180 מטר.

כדי להכניס את זה להקשר, מכשירי Internet of Things (IoT) נפוצים נצרכים בסביבות 5μW - אך רק במצב השינה העמוק ביותר שלהם. כמובן, התקני IoT ידרשו פחות ופחות כוח בכדי לפעול כאשר מתפתחים אלגוריתמים חכמים ואלקטרוניקה יעילה יותר, אך 6μW היא עדיין כמות קטנה מאוד של כוח.

פירוש הדבר, בינתיים לפחות, כי סביר להניח שכוח אלחוטי 5G לא יהיה מעשי לטעינת הטלפון הנייד שלך במהלך היום שלך. אבל זה יכול לטעון או לחשמל מכשירי IoT , כמו חיישנים ואזעקות, שהם צפוי להתפשט בעתיד.

במפעלים, למשל, מאות חיישני IoT עשויים לשמש למעקב אחר התנאים במחסנים, לחיזוי כשלים במכונות או למעקב אחר תנועת החלקים לאורך קו הייצור. היכולת להעביר כוח ישירות למכשירי ה- IoT הללו תעודד את המעבר ל הרבה יותר יעיל נוהלי ייצור.

בעיות בקיעת שיניים

אבל יהיו אתגרים להתגבר עליהם לפני כן. כדי לספק כוח אלחוטי, תרנים 5G יצרכו אנרגיה של כ 31 קילוואט - שווה ערך ל -10 קומקומים הרותחים כל הזמן.

אף כי החששות כי טכנולוגיית 5G עלולה לגרום לסרטן היו רבים מונע על ידי מדענים , כמות הכוח הזו הנובעת מהתורנים עלולה להיות לא בטוחה. א חישוב גס מציע שמשתמשים יצטרכו להרחיק אותם לפחות 16 מטר מהתורנים בכדי לעמוד בבטיחות תַקָנוֹן נקבעה על ידי נציבות התקשורת הפדרלית האמריקאית.

עם זאת, טכנולוגיה זו נמצאת בחיתוליה. בהחלט יתכן שגישות עתידיות, כמו אנטנה חדשה עם קורות צרות וממוקדות יותר, עשויות להפחית משמעותית את האנרגיה הנדרשת - ומבזבזת - לכל תורן.

נכון לעכשיו, המערכת המוצעת מזכירה למדי את 'הבדיוני' וונקוויז'ן 'בצ'ארלי ובמפעל השוקולד של רואלד דאל, שהשיג את ההישג של הקניית קונדיטוריה לטלוויזיות - אך נאלץ להשתמש בגוש שוקולד ענק כדי לייצר קצה קטן בהרבה בקצה השני.

מכיוון שהיא תצרוך כמות גבוהה של כוח בהשוואה לכוח שהיא תספק למכשירים, כוח אלחוטי 5G הוא, כרגע, ספקולטיבי. אך אם מהנדסים יוכלו למצוא דרכים יעילות יותר להזרים חשמל באוויר, בהחלט יכול להיות שחלומו של ניקולה טסלה על כוח אלחוטי יכול להתממש - למעלה ממאה שנה מאז כישלונותיו.


אלנה גאורה , דיקן משנה למחקר, אוניברסיטת קובנטרי ו ג'יימס פיטר ברוסי , פרופסור למדעי המחשב, אוניברסיטת קובנטרי

מאמר זה פורסם מחדש מ השיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי .