Беспроводность

Современная конструкторская мысль всегда выбирает путь, упрощающий использование устройства для конечного потребителя. В документах и сопутствующих выходу на рынок новых продуктов PR-кампаниях это называется комфортом и является драйвером развития всей индустрии. Хочешь продать смартфон или планшет? Сделай его «комфортнее». И это работает, как ни странно. Основные покупатели мобильной электроники (страны Азии, ЕС и США) лишь немного поворчали, когда из большинства смартфонов убрали музыкальный разъем 3,5 мм, а потом привыкли к «беспроводному» поглощению звукового контента и разговорам. Если нет проводов, тянущихся из кармана к ушам, то их невозможно перетереть или порвать, их не может перекусить домашний кот, они не цепляются за торчащие предметы и не выдергивают смартфон на бетонный пол. Некогда считавшаяся революционной технология QR-кодов также была призвана повысить комфорт, избавляя человека от ношения кошелька и листания толстых справочников, а ей на смену пришел протокол NFC, переведший бесконтактные отношения пользователя с организациями на новый уровень. На этом фоне удивляет только одно – слабое распространение NFC в умных телевизорах и мониторах, делающих жизнь пользователя (оборот электронных денежных средств) еще комфортнее. Такая же ситуация происходит с беспроводной зарядкой смартфона, ведь просто положить его на тарелочку, подключенную к розетке, – это экономия времени и несомненный плюс в копилку «комфорта». Давайте вместе пройдемся по «вехам» развития беспроводной зарядки и заглянем в перспективные наработки ведущих брендов, которые обещают ни много ни мало – увеличение беспроводного расстояния от смартфона до «зарядки» до нескольких метров.

Qi

В 2008 году более 500 компаний объединились вокруг идеи беспроводной зарядки электронных устройств в консорциум Wireless Power Consortium (далее WPC). На данный момент времени компаний-участников осталось чуть более четырехсот (конкуренция безжалостна, а новые участники рынка вынуждены платить за сертификацию), со всем списком можно ознакомиться по этой ссылке. В списке представлены все ведущие бренды, начиная от Apple и заканчивая Huawei, что и позволило вывести стандарт на рынок в виде готовых устройств.

Несмотря на то, что по-английски Qi произносится как «щи», сам стандарт назван в честь «ци» – невидимой энергии, которая течет по Вселенной и иногда концентрируется в чакрах мастеров ушу (если им верить). В русской транскрипции речь идет об «эфире», субстанции, запрещенной в современной науке, несмотря на ее торчащие из теории Хиггса уши. Удачное ли это название? С точки зрения элементарной логики – нет, но если оно помогает продавать, то с точки зрения капиталиста – несомненно.
Стандарт Qi подразумевает зарядку устройства на расстоянии до 4 см от излучателя (нашей «тарелочки»), а мощность может доходить до 65 Вт (для крупных устройств). Помимо базовых показателей по мощности, в подобных зарядных устройствах используется не постоянный, а переменный ток. Сделано это по тем же причинам, что и в наших электросетях, – 65 Вт постоянного тока очень быстро нагреют тонкие медные провода катушек, установленные в передающее и принимающее устройства, а потом придется вызывать пожарных. Да и не появится эффект индукции в постоянном магнитном поле без движения проводника. Qi работает с частотой 100-205 кГц, PMA от Samsung, проприетарный от Huawei и MagSafe от Apple используют более высокие частоты, оставаясь обратно совместимыми с Qi.
Несмотря на состоявшийся коммерческий успех технологии, драйвер продаж под названием «комфорт» двигает идею дальше, заставляя крупных производителей вкладываться в развитие.

Провал AirPower от Apple

На фоне нашей темы нельзя обойти стороной неудачу Apple, объявившей в 2017 году о начале разработки универсального зарядного коврика, который одновременно должен был заряжать два устройства по стандарту Qi и часы Apple Watch. Проект был закрыт в 2019 году, а причиной стали обыкновенная физика и неуемные амбиции компании.

Идея поместить электромагнитные катушки в очень тонкий корпус (речь шла о нескольких миллиметрах) с треском разбилась о проблему нагрева и отвода тепла. Горячие катушки плавили корпуса прототипов, а единственный выход – сделать корпус более просторным – повлек за собой негодование руководства, которое прекрасно понимало, что толстым зарядным устройством мир не удивишь. На примере этого провала, этого конфликта между физикой и «хотелками» несущих передовые технологии на прилавок алчных дельцов всплыли все ограничения, связанные с передачей энергии путем электромагнитной индукции (Qi).

Xiaomi Mi Air Charge

29.01.2021 года компания Xiaomi взорвала мировые СМИ сообщением о появлении «дальней» технологии зарядки устройств Mi Air Charge. На промо-ролике все выглядит удивительно хорошо.

Для реализации этого чуда современности китайцы пошли экстенсивным путем, используя миллиметровый диапазон радиочастот, передающие радары в «базе», маяк и приемные антенны в смартфоне. В основе метода лежит устройство, знакомое всем автомобилистам, которое предупреждает их об облучении автомобиля полицейскими радарами и называется «антирадар» (название коммерческое, абсолютно нерелевантное). База Mi Air Charge содержит в себе 144 радарные решетки, которые направлены в разные стороны. При появлении в зоне захвата смартфона с включенным маяком база наводится на него, используя систему дискриминации фазовых помех и оставляя включенными именно те радары, которые направлены непосредственно в сторону цели. Так и хочется написать «после чего происходит выстрел зенитной ракетой». После чего происходит естественный процесс передачи энергии по воздуху между радарами базы и приемной антенной смартфона. В пресс-релизе говорится, что на расстоянии нескольких метров гарантируется передача мощности порядка 7,5 Вт. На данный момент времени поддерживается зарядка только одного устройства, но в будущем планируется поддержка всех домашних устройств, включая IoT и всякие умные кофемолки.
Отдельно стоит подумать о текущем уровне производства и вытекающей из него себестоимости данной продукции. И что-то подсказывает, что «база» может стоить слишком дорого, становясь такой же игрушкой для миллионеров, как, например, складной вертолет или IPS-стены в жилище.

Motorola

На следующий же день после презентации Xiaomi главное подразделение компании Motorola в Китае слило инсайдерам видеоролик с демонстрацией собственных наработок. Из видео понятно, что, как и в случае с Xiaomi, используются радиочастоты и направленные радары. В отличие от монструозной тумбы Mi Air Charge, заряжающий радар Motorola обслуживает цели только в границах своего излучения, зато все сразу. В разных источниках указывается эффективное расстояние между радаром и смартфоном от 80 см до 1 метра, а также упоминается система безопасности, которая отключает заряжающий радар, если его что-то перекрывает.

Если судить о достоинствах и недостатках этой системы, то стоит обратить внимание на главное – у нас по-прежнему имеется некое «место», и только в нем осуществляется зарядка устройства.

AirFuel Alliance

Группа AirFuel Alliance, ранее называемая Alliance for Wireless Power, известна прямым участием в разработке стандарта Intel Wireless Charging, представленном в далеком 2012 году. Ее ядро состоит в основном из ученых разного возраста, национальностей и мест пребывания. В отличие от WPC (Qi), их фирменная технология AirFuel RF™ использует эффект беспроводной передачи энергии по радиочастоте (RF) и призвана обеспечить питание для носимых устройств, приборов сферы Интернета вещей, бытовой электроники, дронов, роботов и промышленных инструментов в границах одного помещения.
Кроме этого группа занимается модернизацией индуктивных зарядных устройств первого поколения (таких как Qi), используя метод электромагнитного резонанса. Цель – одновременная зарядка нескольких устройств со скоростью, эквивалентной проводной зарядке, без необходимости точного размещения девайса на зарядной поверхности (не путать с потугами Apple AirPower). Эту технологию они назвали AirFuel Resonant™.

Звучит очень громко, но уже много лет группа AirFuel Alliance не может представить общественности работающий прототип на базе технологии AirFuel RF™. Ситуация вокруг AirFuel Resonant™ обстоит чуть лучше – на выставке MWC Shanghai 2021 (февраль 2021 года) был представлен прототип смартфона OPPO X 2021, совместимый с новым стандартом. В апреле мы видим сообщение о начале сертификации AirFuel Resonant™, что, учитывая поддержку гиганта OPPO, говорит об успехе.

Заключение

Из всех представленных методов в 2021 году наиболее перспективными кажутся разработки от группы AirFuel Alliance в рамках технологии AirFuel Resonant™, являющейся по своей сути модернизацией старого стандарта Qi. Метод от Xiaomi слишком сложен и дорог, а вариант Motorola по-прежнему привязывает заряжающийся смартфон к фиксированному месту. А значит, прекрасное беспроводное будущее не наступит в ближайшие два-три года и разъем USB останется на месте.