Trong một bước đột phá mới, Cơ quan Nghiên cứu Các Dự án Quốc phòng Tiên tiến (DARPA) của Mỹ đã thiết lập kỷ lục mới về truyền tải năng lượng không dây. Nhóm nghiên cứu thuộc chương trình Nguồn Năng lượng Quang Học Không Dây Liên tục (POWER) đã thành công truyền tải hơn 800 watt năng lượng qua khoảng cách 8,6 km chỉ trong vòng 30 giây.
Mục lục
Bước Tiến Đột Phá Trong Công Nghệ Năng Lượng Không Dây
Thí nghiệm tiên tiến này được thực hiện tại New Mexico, nơi các nhà khoa học sử dụng hệ thống laser kết hợp với tế bào quang điện để biến đổi ánh sáng thành điện năng. So với các kỷ lục trước đó – 230 watt ở khoảng cách 1,7 km và một mức năng lượng chưa được tiết lộ ở 3,7 km – thành tựu mới của DARPA đã vượt xa mọi giới hạn hiện có.
Paul Jaffe, trưởng nhóm POWER, cho biết hiệu suất thu nhận năng lượng đạt khoảng 20%. Trong khi đó, một số nghiên cứu khác với laser công nghiệp có thể đạt hiệu suất lên đến 50%. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã ưu tiên tốc độ triển khai thay vì hiệu suất tối ưu.
Công Nghệ Đột Phá: Gương Phản Chiếu Và Tế Bào Quang Điện
Khác với các dự án trước đây sử dụng tế bào quang điện được tối ưu hóa theo bước sóng cụ thể (thường tốn kém và mất thời gian sản xuất), nhóm POWER đã sử dụng tế bào năng lượng mặt trời thương mại sẵn có. Chúng được đặt trong một bộ thu phát đặc biệt, nơi tia laser hồng ngoại được phản chiếu từ một gương hình nón lên các tế bào quang điện để chuyển đổi thành điện năng.
Raymond Hoheisel, người sáng lập Teravec Technologies (công ty phát triển bộ thu năng lượng), cho biết quá trình từ lên ý tưởng đến triển khai chỉ mất ba tháng. “Đột phá lớn nhất là chứng minh công nghệ này có thể được thực hiện với chi phí hợp lý”, ông nhấn mạnh.
Laser vs. Sóng Vô Tuyến: Cuộc Đua Truyền Năng Lượng
Trong lĩnh vực truyền tải năng lượng không dây, hầu hết các dự án tập trung vào sóng vô tuyến (hoặc vi sóng) do khả năng truyền đi xa. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi các bộ phát công suất lớn và quá trình “định hướng chùm tia” (beamforming) phức tạp.
Giáo sư Paul Mitcheson từ Đại học Hoàng gia London giải thích: “Khác với phát sóng truyền hình hay radio – nơi tín hiệu cần lan tỏa rộng rãi – truyền năng lượng đòi hỏi tập trung chùm tia trực tiếp vào bộ thu với tổn hao tối thiểu.”
Eric Yeatman, Phó hiệu trưởng Trường Khoa học & Kỹ thuật tại Đại học Glasgow, cho biết laser hồng ngoại có ưu thế hơn sóng vô tuyến nhờ khả năng tập trung chùm tia hẹp, ít phân tán trong điều kiện lý tưởng.
Triển Vọng Của Mạng Lưới Năng Lượng Trên Không
Theo Jaffe, mặc dù tần số quang học vẫn bị phân tán bởi sương mù và mây, nhưng công nghệ laser không yêu cầu ăng-ten cồng kềnh như sóng vô tuyến. Ông dẫn chứng từ một thử nghiệm trước đây tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân, nơi họ cần bộ phát 5m và bộ thu 2m để truyền 1,6 kW qua khoảng cách 1 km bằng sóng vi ba.
“Nếu không thành công với quang học, thì mục tiêu của DARPA sẽ không thể thực hiện được,” Jaffe khẳng định. Với độ chính xác cao, phạm vi xa cùng thiết bị nhỏ gọn, công nghệ laser là lựa chọn tối ưu để xây dựng mạng lưới trạm chuyển tiếp năng lượng trên không.
Những Bất Ngờ Trong Hành Trình Nghiên Cứu
Kỷ lục mới này đến như một điều bất ngờ với nhóm POWER, vì ban đầu không phải là mục tiêu chính của dự án bắt đầu từ năm 2023. Jaffe tiết lộ họ cũng phát hiện ra tiềm năng của quang học nhiễu xạ – một phương pháp thay thế hiệu quả cho gương và thấu kính thông thường trong việc định hướng chùm laser.
“Chúng tôi nhận thấy quang học nhiễu xạ đặc biệt phù hợp cho dự án này nhờ khả năng xử lý hiệu quả các bước sóng đơn sắc. Đây là điều chúng tôi không biết từ đầu và chỉ phát hiện trong quá trình thực hiện,” ông chia sẻ.
Ngoài ra, việc sản xuất quang học bằng công nghệ in 3D kết hợp hệ thống làm mát tích hợp cũng là một phát hiện ngoài dự kiến. Theo Jaffe, những giải pháp này mở ra hướng tiếp cận mới cho nhiều vấn đề kỹ thuật, với tiềm năng ứng dụng vượt xa phạm vi dự án POWER.
Nhận xét về thành tựu này, Giáo sư Yeatman đánh giá cao: “Ý tưởng truyền năng lượng bằng laser không mới, nhưng những gì họ đạt được thực sự ấn tượng.”
