На пике своей карьеры новаторский инженер-электрик Никола Тесла был одержим идеей. Он предположил, что электричество может передаваться по воздуху на большие расстояния по беспроводной сети: либо через серию стратегически расположенных башен, либо через систему подвешенных воздушных шаров. Все пошло не по плану, и амбиции изобретателя по созданию беспроводного глобального электроснабжения так и не реализовались. Но сама теория не была опровергнута: для этого просто потребовалось бы невероятное количество энергии, большая часть которой была бы потрачена впустую. Теперь в исследовательской работе 2021 года ученых из США высказывается предположение, что создатели сети 5G, возможно, невольно построили то, что Тесла не смог построить на рубеже двадцатого века: «беспроводную электросеть», которую можно было бы адаптировать для зарядки или питания небольших устройств, встроенных в автомобили, дома, рабочие места и фабрики. Поскольку 5G опирается на плотную сеть вышек и мощных антенн, вполне возможно, что та же самая инфраструктура с некоторыми изменениями могла бы передавать мощность на небольшие устройства. Но передача по-прежнему будет страдать от основного недостатка: больших потерь энергии, которые может быть трудно оправдать с учетом безотлагательности климатического кризиса. Сети 5G Десятилетия назад было обнаружено, что сильно сфокусированный радиолуч может передавать энергию на относительно большие расстояния без использования провода для переноса заряда. То же теперь используется в сети 5G: технология последнего поколения для передачи интернет-соединения на ваш телефон с помощью радиоволн, передаваемых от местной антенны. Эта технология 5G нацелена на увеличение пропускной способности в 1000 раз по сравнению с последним поколением 4G, что позволит подключать до одного миллиона пользователей на квадратный километр. Можно оставить в прошлом моменты поиска сигнала на музыкальных фестивалях или спортивных мероприятиях. Для поддержки таких обновлений 5G использует некоторую инженерную магию, и это волшебство состоит из трех частей: очень плотные сети с большим количеством вышек, специальная антенная технология и включение передачи миллиметровых волн (mmWave) наряду с более традиционными диапазонами. Высокие частоты открывают гораздо большую полосу пропускания за счет более коротких расстояний передачи. Большинство маршрутизаторов WiFi работают в диапазоне 2 ГГц. Если у вашего маршрутизатора есть опция 5 ГГц, вы заметите, что потоковое вещание фильмов идет более плавно, но вам нужно быть ближе к маршрутизатору. Увеличьте частоту еще больше (mmWave работает на частоте 30 ГГц или более), и вы увидите еще ряд улучшений полосы пропускания, но вам нужно быть ближе к базовой станции, чтобы получить к ней доступ. Вот почему вышки 5G расположены более плотно друг к другу, чем 4G. Последний этап волшебства — добавить намного больше антенн, от 128 до 1024 (по сравнению с количеством антенн для 4G, в некоторых случаях их всего две). Множество антенн позволит вышкам образовывать сотни карандашных лучей, нацеленных на определенные устройства, обеспечивая эффективный и надежный доступ в интернет для вашего телефона или ноутбука в дороге. Это те же самые ингредиенты, которые необходимы для создания беспроводной электросети. Повышенная плотность особенно важна, поскольку открывает возможность применения диапазонов миллиметровых волн для передачи различных радиоволн, которые могут подключать к интернету и позволяют использовать электроэнергию. Эксперименты с мощностью 5G В экспериментах, которые проводил Технологический институт Джорджии (США), использовались новые типы антенн для облегчения беспроводной зарядки. В лаборатории исследователи смогли передать мощность 5G на относительно короткое расстояние (чуть более двух метров), но они ожидают, что будущая версия их устройства сможет передавать 6 МВт на расстояние 180 метров. Чтобы примерно понять это, надо вспомнить, что обычные устройства «интернета вещей» (IoT) потребляют около 5 МВт, но только в самом глубоком спящем режиме. Конечно, устройства IoT будут требовать все меньше и меньше энергии для работы по мере разработки умных алгоритмов и более эффективной электроники, но 6 МВт — по-прежнему очень мало энергии. Это означает, что по крайней мере на данный момент беспроводное питание 5G вряд ли будет практичным для зарядки вашего мобильного телефона. Но появится возможность питать устройства IoT (датчики, сигнализация и другие вещи умного дома), которые, как ожидается, получат широкое распространение в будущем. Например, на заводах сотни датчиков IoT, вероятно, будут использоваться для мониторинга условий на складах, для прогнозирования отказов в оборудовании или для отслеживания движения деталей по производственной линии. Возможность передавать питание напрямую на эти устройства IoT будет стимулировать переход к гораздо более эффективным методам производства. Проблемы роста Но до всего этого нужно будет преодолеть некоторые трудности. Для обеспечения беспроводной связи вышки 5G будут потреблять около 31 кВт энергии, что эквивалентно 10 чайникам с постоянно кипящей водой. Хотя ученые широко опровергли опасения, что технология 5G может вызвать рак, такое количество энергии, исходящее от вышек, может быть небезопасным. Приблизительный расчет предполагает, что пользователей сети необходимо будет держать на расстоянии не менее 16 метров от источника, чтобы соответствовать правилам безопасности, установленным Федеральной комиссией по связи США. Тем не менее, эта технология находится в зачаточном состоянии. Возможно, что будущие подходы, такие как новая антенна с более узкими и направленными лучами, могут значительно снизить энергию каждой вышки. В настоящее время предлагаемая система скорее напоминает вымышленную Wonkavision из сказки «Чарли и шоколадная фабрика» Роальда Даля. Но если инженеры смогут найти более эффективные способы передачи электричества по воздуху, вполне может быть, что мечта Николы Теслы о беспроводной энергии может быть реализована спустя более 100 лет после того, как его попытки потерпели неудачу. По материалам статьи «Nikola Tesla: 5G network could realise his dream of wireless electricity, a century after experiments failed»The Conversation