Подходит ли мощность вещания для подзарядки роботов?

В последний раз, когда я проверял аккумулятор ASIMO , заряда хватило примерно на 30 минут непрерывной работы, а затем его нужно было подключить и перезарядить, что на самом деле не так уж полезно.

Я бы хотел, чтобы у моих роботов для свободного выгула было немного больше времени безотказной работы, несколько меньше времени простоя, и мне не нужно было так сильно беспокоиться о том, чтобы оставаться рядом с подходящей розеткой.

Так что, взяв страницу из (оригинального бокс-сета) книги Gamma World, я думаю о мощности вещания.

Требования

  • Передача должна быть всенаправленной.

  • Передающие антенны (максимум) того же размера, что и антенна коммерческой радиостанции.

  • Приемные антенны 1 фута или меньше.

  • Безопасно для людей жить в обслуживаемой зоне (поэтому микроволновые частоты, вероятно, отсутствуют).

  • Достаточная мощность для зарядки как минимум автомобильного аккумулятора в течение нескольких часов.

Предполагая, что для этого выделена подходящая частота, и игнорируя существующие международные соглашения и национальные законы, касающиеся радиопередач.

  • Может ли достаточно небольшая* ректенна (при условии, что в пределах досягаемости находится подходящее средство вещания) обеспечить подходящие уровни мощности для подзарядки человекоподобного робота, такого как ASIMO.

Вспомогательный вопрос будет заключаться в том, какой диапазон должен иметь передатчик, в пределах которого будет приниматься адекватная мощность.

* Нам также нужно место для аккумулятора, поэтому его размер должен быть вдвое меньше текущего аккумулятора ASIMO.

(1) Что такое «подходящая» частота? Пожалуйста, в герцах. (2) Какая мощность является «адекватной» мощностью? Пожалуйста, в ваттах. (3) Вы хотите, чтобы люди могли ходить целыми и невредимыми в пределах досягаемости передатчика?
@AlexP: (1) я не знаю, я думал о чем-то недалеком от того, что мы используем для радио, потому что (3) да, я хочу, чтобы люди могли ходить целыми и невредимыми и (очевидно) мы уже делаем это с радио (2 ) достаточно мощности для зарядки аккумулятора ASIMO в течение как минимум 20 минут работы в течение периода зарядки (надеюсь?) 4 часов или меньше: боюсь, что мои технические знания немного невелики, чтобы быть более конкретным.
На каком расстоянии между излучателем и приемником? Больше нескольких метров?
Не вдаваясь в точные науки (или сложную инженерию), это может работать с направленным микроволновым излучением. Тем не менее, есть еще много проблем с этим, чтобы стать практичным. Я бы предположил, что в районе ваших роботов есть несколько беспроводных зарядных станций ближнего действия (которые доказали свою эффективность).
@AlexP: чтобы быть полезным, я бы посчитал, что это минимум в четверти мили от передатчика и, желательно, несколько дальше, если вы хотите, чтобы они ходили в магазины и обратно.
Должен ли я, возможно, отказаться от тега точных наук и просто оставить тег проверки реальности, чтобы получить несколько полезных ответов, которые я мог бы затем использовать, чтобы сформулировать правильный научный вопрос отсюда или Engineering SE?
@Pelinore «Однонаправленный» в смысле «не всенаправленный». Вам понадобится набор сочлененных микроволновых излучателей, которые будут следовать за вашими роботами.
@Александр: Эй! мой плохой, я хотел сказать всенаправленный, не могу редактировать старый, поэтому удаляю и перепечатываю его.
@Alexander: Мне нужно всенаправленное, а не «лучевое», чтобы они могли работать в любом месте в пределах заданного радиуса и при этом получать энергию.
@Pelinore, в таком случае, извините, это непрактично. Вы потратите много энергии, и это место будет небезопасным для людей.
@Alexander: Да, конечно, именно поэтому я спрашивал о радиоволнах в рамках существующего использования музыкальных станций и т.п., а не о микроволновых печах.
Микроволны @Pelinore более эффективны для передачи энергии, и в любом случае всенаправленный передатчик на четверть мили должен быть огромным.
Почему он должен быть всенаправленным? Микроволны отлично подошли бы для ваших целей, и они действительно могли бы обеспечивать питание во время работы робота, а не только заряжать его. В зависимости от мощности, размера ректенны и стандартов безопасности человека диапазон возможных рабочих диапазонов огромен, но вы, вероятно, можете поспорить, что более 10 км вполне осуществимы.
@ user199429: он должен быть всенаправленным, чтобы любой соответствующим образом оборудованный робот или устройство в пределах досягаемости могли получать от него энергию независимо от того, где они находятся: питание во время их работы было бы неплохо, но не совсем необходимо для этой цели, которая только что они должны иметь возможность перезарядиться и вернуться на базу, если у них закончится энергия (солнечная энергия не учитывается, поскольку они могут не быть нигде, где есть свет, когда они истощаются).
Водородные элементы, приводящие в действие генератор, похожий на технологию гибридных автомобилей. Все поверхности, конечно же, представляют собой фотоэлектрические панели для постоянной подзарядки. Повысьте эффективность с помощью небольшого прорыва в технологии, и работа пойдет хорошо. Однако он не прошел тест «трансляции».. :-(
Комментарий @Aethenosity Андреа Уильямс изначально был ответом, и это был мой ответ на него. Я не знал, что это было преобразовано в комментарий. Я свой удалю, так как он уже не актуален.

Ответы (7)

Можно, условно

Это то, что мы, люди, изучаем сегодня, однако вместо радиоволн мы перемещаемся по электромагнитному спектру к микроволнам. Используя микроволны, вы можете дистанционно передавать энергию с эффективностью до 95% (что довольно удивительно, учитывая все обстоятельства). Однако это сопряжено с некоторыми сложностями.

  1. Этот метод зависит от прямой видимости.
  2. Обычно для этого метода требуются массивные антенны; практические примеры включают передающую антенну диаметром 1 км (0,62 мили) и приемную ректенну диаметром 10 км (6,2 мили). ( См. эту статью )
  3. Хотя на самом деле он очень мало блокируется атмосферой, многие другие типы материи будут поглощать энергию и производить большое количество тепла. Известно, что микроволновые башни для передачи одиночного сигнала (гораздо меньшей мощности, чем требуется для передатчика), например, готовят птицу, которая лежит на блюде.

Я бы, наверное, не советовал это для ваших роботов.

Я еще не открывал и не читал его (потому что большинство PDF-файлов не переводятся должным образом для моего ПК), но я думаю, что в документе, который вы используете (вероятно?), говорится об излучаемой мощности на большие расстояния для целей передачи энергии, генерируемой вне- между миром и планетарными подстанциями, так что сравнение бесполезно для этого использования?
@Pelinore Есть некоторые ссылки на гораздо меньшие антенны, но они также менее мощные и действительно ограничены по радиусу действия. Я могу найти несколько исследовательских проектов, подтверждающих концепцию, которые могут «подзаряжать» батареи в пределах 20 футов с помощью коротких (<1 фута) антенн. Если вы готовы проявить гибкость в отношении «точных наук»… ну, вы, вероятно, могли бы включить это.
Я уже заменил тег точных наук на тег, основанный на науке, сайт, похоже, еще не распознал это и все еще имеет отказ от ответственности за точные науки.
«Я могу найти несколько экспериментальных исследовательских проектов, которые могут «подзаряжать» батареи в пределах 20 футов с помощью коротких (<1 фута) антенн»! : для того, что я хотел, подойдет любая передающая антенна до 40 футов, хотя приемник не должен быть больше 1 фута.
лучевая антенна не транслируется.

Вам нужны индукционные катушки

Это немного гибридная технология, но она должна соответствовать вашим целям. Это время от времени рассматривается как один из вариантов будущего электромобилей. Индукционная петля в дороге заряжается через петлю в автомобиле . В течение многих лет это гремело как жизнеспособная технология, в том числе теперь для зарядки телефонов и питания RFID-систем.

Однако вас больше интересует именно это использование для зарядки автомобилей. Ваши роботы питаются независимо от батарей, но большую часть времени они, скорее всего, будут выполнять рутинные задачи в предсказуемых областях. Вы можете установить индукционные катушки в этих областях, что позволит вашим роботам неограниченное время безотказной работы при выполнении обычных задач, в то время как их батареи позволяют ограниченное свободное перемещение для исключительных требований.

Это хорошая идея, но я хочу что-то, что подзарядит их, если они отклонятся от своей обычной области деятельности, а затем разрядятся.
ближнее поле, не трансляция.

Радиоприемники Crystal питаются исключительно от мощности вещания.

На заре радио люди делали радиоприемники в домашних условиях. В них использовался радиочувствительный детектор, и они могли преобразовывать энергию сигнала в слышимый шум — батарея не требовалась. Статья очень интересная; Я не знал, что солдаты времен Второй мировой войны делали свои собственные кристаллические радиоприемники в полевых условиях, используя такие вещи, как свинец из карандашей и бритвенные лезвия.

https://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_radio

Поскольку кристаллическое радио не имеет источника питания, мощность звука, создаваемая наушниками, исходит исключительно от передатчика принимаемой радиостанции через радиоволны, улавливаемые антенной. Мощность, доступная приемной антенне, уменьшается пропорционально квадрату ее расстояния от радиопередатчика. Даже для мощной коммерческой радиовещательной станции, если она находится на расстоянии более нескольких миль от приемника, мощность, принимаемая антенной, очень мала и обычно измеряется в микроваттах или нановаттах.

Итак, вот (вековой!) прецедент питания устройства с помощью широковещательной мощности. Я задался вопросом: может ли кто-нибудь использовать ту же технику сбора энергии, чтобы, скажем, зажечь светодиод. Да!

Лампа с радиоприемником Crystal

Re: Crystal Radio Powered Lamp Quote Post by cheungbx » Чт, 08 июня 2017 г., 16:18

хрустальная радиолампа

Мой дом находится на 56/F многоквартирного дома. У меня из окна висит 30-метровая антенна, когда ночью, когда нужно проверить, я выталкиваю ее удочкой так, чтобы она находилась на расстоянии 1,5-2 метра от стены здания. Мое здание расположено на побережье, напротив станции передачи данных, в 10 км от острова Пэн Чау. Между моим зданием и передающей станцией нет препятствий, если только в водах нет огромных грузовых кораблей. Еще одна передающая станция находится на берегу в 10 км над холмом под названием "Золотой холм" с большим количеством препятствий.

Я думаю, что светодиодный парень такой классный!! Итак, можно запитать небольшие устройства радиоволнами. Это не новая технология. Люди в этом районе не взрываются пламенем.

Сколько энергии радиоволн вы можете закачать в область, прежде чем люди взорвутся? Я искал сообщения об авариях с радиоволнами, но безрезультатно — казалось бы, радиоволны довольно малотоксичны для жизни. Вы можете увидеть множество здоровой растительности, растущей прямо рядом с мощными радиовышками.

Для вашей истории вы можете накачать кучу энергии в область и позволить роботам собирать урожай, где бы они ни находились. Возможно, на самом деле это могут быть радиоволны, несущие популярную музыку, которую другие персонажи слушают по своим хрустальным радиоприемникам. Другая альтернатива — роботы могут быть далеко, но если вы можете поразить их мощностью вещания, верно обратное. Они могут сказать вам, где они находятся. Если вы знаете, где они находятся, вы можете направить на них тарелку со своей башни и передать мощность прямо на них. Это было бы куда экономичнее.

Вы делаете небольшую ошибку масштаба здесь. Кристаллические радиоприемники потребляют незначительное количество энергии — в микроваттном диапазоне — и для этого требуются антенны длиной в десятки метров. Светодиодная лампа, к которой вы подключаетесь, потребляет 5 милливатт или меньше и использует 30-метровую антенну, чтобы получить столько же от ближайшего передатчика. Вопрос заключается в том, чтобы зарядить автомобильный аккумулятор за считанные часы, для чего требуются сотни ватт — примерно на пять порядков больше, чем вы можете получить от вещания, и недалеко от того, что используется в микроволновой печи.
@Mark: пока он может обеспечить достаточную мощность для непрерывной зарядки аккумулятора, он работает так, как я хочу, дни (или дольше), а не часы, разочаровывают (для меня), но все еще могут работать для того, что я хотел.
@Mark: «30-метровая антенна» должна быть прямой антенной или ее можно свернуть в меньшее пространство?
@Mark - я не хотел предполагать, что радиоприемник со светодиодным кристаллом будет заряжать свою машину с помощью установки, которую он описывает. Это доказательство принципа: энергия передается с помощью радиоволн и собирается на расстоянии для выполнения полезной работы. Пелинор может придумать лучший резонансный кристалл, чтобы собирать больше, и радиомачту, которая излучает больше, и это послужит его истории. Апокрифическая причина, по которой электростанция Теслы потеряла финансирование, заключалась не в непрактичности, а в неспособности идентифицировать пользователей и взимать с них плату. В густонаселенном городе может работать источник питания для вещания, финансируемый за счет налогов. Может для уличных фонарей?
@Pelinore, прямо, по крайней мере, на длинах волн, связанных с AM-радиодиапазонами. Если вы работаете с сантиметровыми волнами или короче, вы, вероятно, можете использовать тарелку или сложить антенну в сетку или что-то в этом роде.
@Willk, лучший резонансный кристалл находится строго в области магии. С точки зрения физики приемная мощность определяется размером и конструкцией антенны, и пределы этого хорошо известны. Если вы хотите, чтобы мощность вещания работала на большой территории, вам нужна либо непрактично огромная антенна, либо передатчик мощностью гигаваттного масштаба, а такой мощный передатчик поджарит любого поблизости, как это делает микроволновая печь. Настоящая причина, по которой Wardenclyff Tower потеряла финансирование, заключалась в том, что Тесла не смог показать, что она будет работать, что не удивило бы никого, кто понимает физику радио.

Текущая технология беспроводной зарядки - это ближнее поле, а не трансляция.

Единственный тип практической мощности вещания - это тот, который используется бамперными автомобилями - металлический пол и электрифицированный потолок. (но это не беспроводная трансляция)

Предлагаемые нисходящие линии спутниковой связи представляют собой лучевые (направленные) антенны, не предназначенные для вещания.

все остальное, это искажение фактов или игрушка

Самое мощное — это солнце.
У вас уже есть самое мощное вещательное устройство в Солнечной системе, доступное в дневное время. Называется солнце.

Солнце — это большой шар пылающего горячего вещества, излучающего энергию во всех направлениях. К тому времени, когда он достигает земли и фильтруется через нашу атмосферу, у вас остается около 300 ватт на квадратный метр площади. Таким образом, хотя у вас не может быть антенны из-за того, что доминирующие длины волн намного выше, вы можете иметь приемную панель. Если у вас есть панель с эффективностью 10% и шириной 50 см с каждой стороны (0,25 м2), вы можете получить теоретическую мощность 7,5 Вт. На самом деле недостаточно для мобильного робота, но если вы притворитесь, что у вас есть лучшие солнечные батареи, вы можете получить до 75 Вт, что достаточно для некоторых систем с умеренной энергоэффективностью (зарядное устройство для ноутбука составляет около 75 Вт, RTG марсохода любопытства выдает около 100 Вт). ).

Прохождение ваших требований:

  • всенаправленный.
  • Нет передающей антенны
  • 1 (квадратный) фут или около того.
  • Безопасно для людей, чтобы жить как обычно
  • Автомобильный аккумулятор имеет емкость около 600 Втч (45 Ач, 12 В), поэтому на 100%-ную эффективную солнечную панель со стороной 50 см потребуется около 2 часов.

Нет, передающие башни недостаточно хороши
Допустим, вам недостаточно солнца, и вам нужна передающая вышка. Это должна быть мощная передающая башня. Допустим, вы хотите получить эти 300 Вт/м2 в радиусе 1 км. Закон обратных квадратов — убийца. Если вы находитесь на расстоянии 1 метра и получаете 1 Вт/м2 энергии, то на расстоянии 2 м вы получаете 0,25 м2 энергии. К тому времени, когда вы находитесь на расстоянии 1 км, вы получаете 0,000001 Вт/м2 энергии. Обратное значение говорит нам, что для получения 300 Вт/м2 энергии на расстоянии 1 км требуется выходная мощность примерно 300 000 000 Вт/м2 на расстоянии радиусом 1 м. Для справки, если вы включите все резервные передатчики самого мощного передатчика в мире во время его работы, он выдаст только около 3 МВт, что все равно в 100 раз меньше.

Поскольку мы использовали ту же выходную мощность, что и солнце на расстоянии 1 км, мы удовлетворили все требования к мощности из вашего вопроса. Однако теперь у нас есть:

  • Огромная передающая антенна (чтобы не расплавилась)
  • Огромные эксплуатационные расходы
  • Мгновенные ожоги для всех, кто находится рядом с передающей вышкой.

Итак: Используйте солнечную энергию. Серьезно. Все остальное работает только на близких расстояниях или требует уровня мощности, вызывающего рак. (Да, солнце излучает вызывающие рак уровни мощности, но, по крайней мере, оно очень далеко).

Робот Asimo потребляет огромное количество энергии
У робота asimo есть литиевая батарея, которая весит около 13 фунтов (5,8 кг) . Большинство литиевых химических соединений имеют удельную мощность около 100-200 Втч/кг . Это означает, что у робота есть около 600-1200 Втч энергии, которую он истощает за полчаса, что приводит к средней потребляемой мощности 1,2-2,4 кВт.

Таким образом, получается, что 100-процентная эффективная солнечная панель площадью 0,25 м2 с выходной мощностью 75 Вт примерно в 20 раз меньше. Вам понадобится 100% эффективная солнечная панель площадью около 5 м2 для непрерывного питания.

Резюме
Питание робота Asimo от широковещательной мощности невозможно. Солнце — самая мощная вещь, которую вы найдете, «безопасная» и всенаправленная, и она примерно в 20 раз слабее. Как оказалось, есть причины, по которым мы не запитываем роботов через широковещательную мощность где-либо, кроме микророботов на лабораторных столах.

Чтобы заставить это работать, вам пришлось бы использовать более эффективных роботов. Даже 100% эффективных солнечных панелей или 100% эффективных передающих/приемных антенн недостаточно.

«Передача должна быть всенаправленной».

Это основное препятствие для использования его в качестве эффективного средства передачи энергии. По самой своей природе он будет ограничивать принимаемую мощность КВАДРАТОМ расстояния от передатчика. (коэффициент 1/r^2)

Рассмотрим сферическую оболочку из фотонов/полей/частиц, движущихся наружу. По мере увеличения радиуса такое же количество оригинального материала теперь должно быть распределено по все большей и большей площади. В результате на данном квадратном метре поверхности скорлупы будет все меньше и меньше материала, а скорлупа будет расширяться. Это называется «законом обратных квадратов», и в Википедии есть отличное изображение, которое хорошо это демонстрирует.

Конечным результатом является то, что, если ваши приемники энергии не очень большие или не очень близко к источнику питания, большая часть вашей выходной мощности будет потеряна в космосе.

Одним из возможных обходных путей для этого может быть изменение требования «всенаправленный» на «многонаправленный».

[В другом, более полном, ответе упоминается об этом, но я хотел предоставить больше деталей, чем дает комментарий.]

Закон обратных квадратов.svg
Автор Borb , CC BY-SA 3.0 , Ссылка

https://en.wikipedia.org/wiki/Inverse-square_law

В качестве примера: рассмотрим робота размером 1 кубический метр, то есть в 2 км от вашего источника питания. Робот имеет поперечное сечение 1 квадратный метр, сфера на расстоянии 2 км имеет площадь поверхности около 50 МИЛЛИОНОВ квадратных метров. Итак, если роботу требуется 1 ватт мощности, чтобы выбраться из-под дерева. Ваш всенаправленный источник передачи должен будет выдавать: 50 мегаватт мощности.

«Это основное препятствие для использования этого в качестве эффективного средства передачи энергии». Эффективность не особенно важна, если ваши близлежащие автономные мобильные устройства имеют резервную копию, кроме солнечной (на случай, если они окажутся под деревом или в дом), чтобы они (или с меньшей вероятностью) не сбежали куда-нибудь и не заржавели навечно, является основной (если не единственной) целью.
Я думаю, вы недооцениваете потерю эффективности. рассмотрим робота размером 1 кубический метр, то есть, скажем, в 2 км от вашего источника питания. Робот имеет поперечное сечение 1 квадратный метр, сфера на расстоянии 2 км имеет площадь поверхности около 50 МИЛЛИОНОВ квадратных метров. Итак, если робот требует, скажем.. 10 ватт мощности, чтобы выбраться из-под дерева. Ваш всенаправленный источник передачи должен будет выдавать: 500 мегаватт мощности.
Я думаю, вы игнорируете тот факт, что он нужен только для непрерывной зарядки аккумулятора, а не для питания устройства?
Нет, такое же соотношение (50 миллионов к 1 в этом примере) применимо к любому количеству энергии. Независимо от того, является ли потерянная мощность «приемлемой» или нет - да, я игнорирую это.

Николай Тесла изобрел то, что, как он утверждал, доставляло энергию через радиоволны. Жаль, что никто не понял, как это работает. Но да, это должно быть возможно.

Вы имеете в виду это? site.suffolk.edu/xenia/2016/02/17/… первое попадание, которое я получаю со строкой поиска «Tesla, передающая мощность без проводов», он использовал радиочастоты.
@Pelinore да, в том-то и дело. Несмотря на то, что мейнстрим всегда ругал его, Тесла был гением и был совершенно убежден, что это сработает на больших расстояниях. Ему так и не удалось протестировать его в больших масштабах, потому что он плохо разбирался в маркетинге и потерял финансирование на полпути к реализации проекта.
Я не думаю, что они когда-либо «какали», что это работает, просто диапазон достаточен для широкомасштабного использования, а эффективность входной мощности и передачи мощности, получаемой на другом конце, была достаточной для коммерческой эксплуатации. системы на большинстве рынков.
Если вы имеете в виду башню Уорденклиф, то хорошо понятно, что Тесла думал, что он делал (передача энергии с резонансом земли), и что он делал на самом деле (передача энергии в дальнем поле). Также хорошо известно, что ни один из них не является особенно работоспособным из-за присущей ему неэффективности.
Подходит ли мощность вещания для подзарядки роботов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v