La ricarica senza fili è pronta a rivoluzionare il settore dei dispositivi mobili e dei tablet energivori del giorno d’oggi. Secondo quanto affermato da alcuni autorevoli analisti, il mercato della ricarica wireless nei prossimi quattro anni crescerà da poco più di 200 milioni di dollari a 8,5 miliardi di dollari e la chiave per concretizzare un tale potenziale risiederà in una maggiore integrazione dei semiconduttori.
Quello senza fili è destinato a diventare il metodo preferito di ricarica dei dispositivi mobili quali gli smartphone, i tablet ed il nuovo formato intermedio correntemente chiamato “phablet” (neologismo nato dalla fusione delle parole phone e tablet). A mano a mano che gli utenti avranno bisogno di ricaricare le batterie durante il giorno per supportare attività come accessi intensivi ad Internet, videogiochi ad alta definizione, streaming multimediale e navigazione GPS, la ricarica senza fili in molte occasioni finirà per diventare la norma.
APPOGGIA E RICARICA
La ricarica senza fili, che viene attivata semplicemente posizionando il dispositivo su di un apposito tappetino di ricarica, può offrire ai proprietari di cellulari una grande facilità e praticità di utilizzo ma, fino ad ora, i sistemi di ricarica senza fili sono rimasti generalmente relegati al ruolo di novità nel mercato degli accessori e non sono stati presi seriamente in considerazione come una valida alternativa agli adattatori ed ai cavi tradizionali. I primi sistemi disponibili si sono infatti dimostrati scomodi ed ingombranti, rendendo necessario inserire il dispositivo in una custodia di ricarica prima di posizionarlo sull’apposito tappetino. I suddetti sistemi si basavano, inoltre, su di una tecnologia proprietaria, che ha ostacolato l’interoperabilità tra apparati di produttori differenti. I prezzi di vendita al dettaglio, infine, sono rimasti relativamente alti, intorno agli 80-100 $ per il tappetino e 30-40 $ circa per la custodia. In conseguenza di tutto ciò, il livello di vendite di tali prodotti e la loro penetrazione del mercato sono rimasti limitati. Ciononostante, l’ubiquità attira sempre. La società di analisi IHS Technology, quando pubblicò il proprio rapporto del 2014 sull’alimentazione senza fili (“Wireless Power Report 2014”), pronosticò che il fatturato ricavato dalla vendita dei trasmettitori e dei ricevitori di potenza senza fili sarebbe aumentato da 216 milioni di dollari nel 2013 a 8,5 miliardi di dollari nel 2018, registrando un incremento di quasi quattro volte.
Figura 1: Efficienza dei sistemi ad induzione e risonanza, in rapporto al disallineamento in X/Y
DALLA NOVITÀ ALLA NECESSITÀ
Diversi sono i fattori alla base della fiducia che IHS nutre nella ricarica senza fili. Uno di questi è il fatto che le principali industrie del settore si sono unite per sviluppare gli standard necessari a garantire l’interoperabilità fra sistemi di ricarica e dispositivi mobili di produttori differenti. Questo gruppo comprende aziende di software e di componenti, fabbricanti di telefonini ed operatori di rete. Fra i produttori di semiconduttori che stanno attivamente contribuendo allo sviluppo degli standard per la ricarica senza fili, Integrated Device Technology (IDT) è un membro del consiglio direttivo delle associazioni WOC (Wireless Power Consortium) e A4WP (Alliance for Wireless Power), oltre ad avere uno stretto legame anche con l’associazione PMA (Power Matters Alliance). Quelli appena citati sono i principali gruppi che lavorano alla definizione di standard per la ricarica senza fili. Nel corso di uno sviluppo all’inizio del 2014, la PMA ha poi unito le proprie forze con la A4WP. All’interno dell’ecosistema dell’alimentazione wireless esistono due approcci tecnici: l’induzione magnetica e la risonanza magnetica. L’attività dei gruppi WPC e PMA è focalizzata sulla prima tecnica, mentre il gruppo A4WP costituisce l’elemento trainante per gli standard basati sulla risonanza magnetica. Alcune soluzioni a induzione vengono già prodotte in serie, mentre la tecnica basata sulla risonanza magnetica sembra destinata a passare alla produzione in grande serie solo alla fine del 2014. Basta un semplice confronto fra i due approcci per illustrarne le principali differenze contestualizzate in un’applicazione concreta: l’induzione magnetica richiede un accoppiamento a distanza ravvicinata e può raggiungere i migliori livelli elevati di efficienza quando il disallineamento x/y è piccolissimo. Dall’altra parte, la risonanza magnetica consente una maggiore libertà di posizionamento spaziale, sebbene non sia in grado di eguagliare l’efficienza di picco degli approcci basati sull’induzione. La tecnica ad induzione magnetica raggiunge livelli di efficienza più elevati quando il disallineamento è minimo. Quella a risonanza magnetica non riesce ad ottenere le stesse prestazioni nemmeno quando il trasmettitore ed il ricevitore sono l’uno vicino all’altro, ma l’efficienza non crolla così rapidamente all’aumentare del disallineamento. L’associazione WPC ha pubblicato la specifica di bassa potenza Qi, la quale definisce l’interfaccia per il trasferimento di potenza senza contatto fra un trasmettitore ed un ricevitore di potenza, oltre a stabilire i requisiti di funzionamento e le specifiche dei test di conformità. Tutti i dispositivi che recano il logo Qi sono garantiti per essere conformi alle specifiche stilate dal consorzio WPC e, quindi, per poter funzionare insieme senza problemi. Allo stesso modo, il marchio di interoperabilità definito dall’associazione PMA è presente sugli apparati che rispettano i criteri della PMA. Un ulteriore passo avanti nell’evoluzione di standard consistenti è il varo, in seno all’IEEE, del gruppo di lavoro sui sistemi di alimentazione e ricarica senza fili (WPCS-WG: Wireless Power and Charging Systems Working Group) con lo scopo di sviluppare le specifiche standard P2100.1™ dell’associazione internazionale IEEE per i sistemi di alimentazione e di ricarica senza fili. La norma IEEE P2100.1 stabilisce le specifiche per l’alimentazione e per la ricarica senza fili sia per la sorgente, sia per i carichi. Nonostante questa normativa sia al momento focalizzata sull’utilizzo dell’accoppiamento induttivo, in futuro verranno presi in considerazione anche altri tipi di tecnologia. Una maggiore interoperabilità è la caratteristica essenziale affinché molti degli scenari di utilizzo già anticipati diventino attuabili e, tra questi: la ricarica di dispositivi in auto, in spazi pubblici come le stazioni e gli aeroporti, in luoghi quali i bar e gli stadi sportivi o, ancora, al lavoro. A casa, invece, la possibilità di ricaricare i dispositivi di tutta la famiglia con un tappetino comune offre l’opportunità di bandire adattatori e cavi antiestetici, liberando allo stesso tempo un gran numero di prese elettriche. Al progressivo emergere di standard affidabili, anche organizzazioni che si rivelano indispensabili per la creazione di un’infrastruttura di supporto ampiamente diffusa possono a loro volta impegnarsi in progetti di ricarica senza fili. Si sa, ad esempio, che i produttori di automobili sono interessati alla possibilità di eliminare i cavi dall’interno del veicolo tramite la ricarica wireless. Alcune ben note case produttrici hanno dimostrato sistemi di questo tipo in occasione dei recenti saloni dell’auto e all’esposizione dell’elettronica di consumo (CES: Consumer Electronics Show) che si è tenuta a Las Vegas. In alcuni progetti, in particolare, la tecnologia descritta viene impiegata per alimentare alcuni sistemi interni al veicolo, come le soluzioni di intrattenimento per i sedili posteriori e l’illuminazione dell’abitacolo. Oltre a ciò, le basi di ricarica possono essere integrate in elementi come il piano del tavolo o altri componenti dell’arredamento, oppure in accessori come le lampade da tavolo. Anche le attività commerciali strutturate con catene di punti vendita, come i caffè, non vedono l’ora di offrire il servizio di ricarica senza fili per attirare quei clienti che, oltre ad essere alla ricerca di un punto di ristoro, necessitano anche di un rapido “spuntino di carica” per i propri dispositivi. Questa tendenza è dimostrata da Starbucks: nel giugno del 2014, infatti, l’azienda annunciò che in collaborazione con Duracell Powermat stava iniziando la presentazione, a livello nazionale, dei tappetini di ricarica senza fili presso i propri negozi, a cominciare da quelli situati nella baia di San Francisco. Allo stesso modo, anche gli operatori delle reti mobili stanno mostrando interesse per la ricarica senza fili. Un ben noto operatore, ad esempio, ha installato una serie di postazioni di ricarica di questo tipo lungo tutto il proprio stand al Congresso mondiale della telefonia mobile, sfruttandoli come un mezzo comodo per garantire ai membri del proprio gruppo di poter usare ininterrottamente i loro dispositivi per la durata dell’intero evento.
COME SUPERARE IL PROSSIMO OSTACOLO
Presentando il proprio rapporto del 2014 sull’alimentazione senza fili (“Wireless Power Report 2014”), IHS Technology evidenziò come alcune delle più importanti marche di dispositivi avevano allora iniziato ad integrare la tecnologia necessaria per ricevere l’alimentazione o direttamente all’interno del ricevitore degli smartphone, oppure dentro un guscio sostitutivo con batteria integrata che può essere acquistato separatamente. Ad esempio il modello G3, prodotto di punta della LG, include ora la tecnologia adatta a ricevere l’alimentazione senza fili, grazie al chip IDTP9025 di IDT montato al suo interno. Questo tipo di soluzione, che elimina la necessità di utilizzare un’ingombrante custodia di ricarica, consente di superare un serio ostacolo all’accettazione su ampia scala della ricarica senza fili. Gli utenti, infatti, non sono disposti ad essere penalizzati da peso ed ingombro aggiuntivi in cambio della possibilità di ricaricare senza fili i loro dispositivi. Per quanto riguarda la base di ricarica senza fili, invece, i venditori di dispositivi portatili potrebbero in futuro inserirne una fra gli accessori forniti a corredo degli stessi dispositivi, direttamente nella confezione di vendita; inoltre, le basi saranno necessarie anche in qualsiasi altra postazione nella quale va offerta la ricarica. La chiave giusta per arrivare ad una integrazione estesa della capacità di ricarica senza fili da parte dei produttori dei dispositivi mobili, così come delle case automobilistiche, dei mobilieri o di altri ancora, è il costo. Il costo della combinazione di ricevitore e trasmettitore deve scendere sensibilmente al di sotto del listino di 80-100 dollari, tipico dei primi sistemi venduti come accessori. La complessità di tali sistemi, infatti, ha contribuito in modo significativo a determinare il loro elevato prezzo di vendita. Un trasmettitore di potenza a singola bobina di tipo A1 controllata magneticamente, adatto ad essere impiegato in una base di ricarica, comprende più di 90 componenti singoli, inclusi nove circuiti integrati. I suddetti componenti sono necessari per gestire non solo il passaggio di energia dal trasmettitore al ricevitore, ma anche per supportare una comunicazione che rispetti le specifiche definite da WPC e PMA per avviare e controllare il processo di ricarica, oltre che per fornire funzioni addizionali come il rilevamento di oggetti estranei (FOD: Foreign Object Detection). Disporre di una procedura di rilevazione degli oggetti estranei affidabile è essenziale per mantenere nel consumatore la fiducia nell’operazione di ricarica senza fili. Gli utenti, infatti, devono essere certi che non vi siano rischi legati alla sicurezza in caso la base di ricarica venisse toccata o qualora un oggetto metallico fosse presente nelle immediate vicinanze. Infine, devono essere ridotte al minimo anche le indesiderate emissioni elettromagnetiche prodotte dal sistema.
