تحلیل مروری بر پایداری، تلفات و رفتارهای غیرخطی پلاسما در سامانه های انتقال انرژی بی سیم و مقایسه با روش های کلاسیک

انتقال انرژی بی سیم (Wireless Power Transfer – WPT) به عنوان یکی از فناوری های تحول آفرین در تغذیه سامانه های الکترونیکی، از دستگاه های پوشیدنی و ایمپلنت های پزشکی تا زیرساخت های صنعتی توان بالا، با چالش های جدی در زمینه بازده، پایداری و ایمنی زیستی مواجه است. روش های کلاسیک مانند القایی و رزونانسی در فواصل کوتاه بازدهی بالایی (۹۰–۹۵٪) دارند، اما محدودیت برد مانع توسعه صنعتی آن ها می شود؛ در حالی که فناوری های میدان دور مانند مایکروویو و لیزری امکان انتقال در بردهای بلندتر را فراهم می کنند، ولی با کاهش بازده و نگرانی های ایمنی همراه اند. در این میان، پلاسما به عنوان یک بستر نوظهور با ویژگی های منحصربه فرد الکترومغناطیسی و قابلیت شکل دهی دینامیکی، ظرفیت های جدیدی برای WPT ایجاد کرده است. این پژوهش با رویکرد مروری–تحلیلی، سه محور اصلی پایداری زمانی، تلفات انرژی و رفتارهای غیرخطی پلاسما را بررسی می کند. داده های استخراج شده از ۳۲ مطالعه معتبر بین سال های ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۴ نشان می دهند که سامانه های پلاسمایی در محیط های آبی بازدهی تا ۸۷٪ و پایداری زمانی تا ۳۰ دقیقه دارند، در حالی که در محیط های هوایی بازدهی به ۱۵–۲۰٪ کاهش می یابد و ناپایداری شدید مشاهده می شود. در شرایط خلا نسبی، عملکرد متوسط با بازدهی ۴۰–۵۰٪ گزارش شده است. مقایسه میان انواع پلاسما نشان می دهد که پلاسماهای صنعتی مانند MW و GAP توان ویژه بالاتری (۱۰–۲۰ W/cm³) دارند، اما کنترل اثرات حرارتی و نوسانات چگالی الکترونی در آن ها دشوارتر است. در مقابل، پلاسماهای سردتر مانند DBD با توان ویژه پایین تر (۰.۱–۱ W/cm³) برای کاربردهای زیستی و پزشکی مناسب ترند. این یافته ها نشان می دهند که انتخاب نوع پلاسما باید بر اساس الزامات کاربردی و ملاحظات ایمنی صورت گیرد. نوآوری مقاله در ارائه یک چارچوب مقایسه ای میان فناوری های پلاسمایی و روش های کلاسیک است که علاوه بر مرور داده های تجربی، مسیرهای پژوهشی آینده را ترسیم می کند. این مسیرها شامل توسعه مدل های ریاضی برای تحلیل رفتارهای غیرخطی، طراحی سامانه های هیبریدی، تدوین استانداردهای ایمنی و ادغام فناوری های دیجیتال مانند هوش مصنوعی برای بهینه سازی بلادرنگ هستند. بدین ترتیب، مقاله حاضر زمینه ساز توسعه سامانه های WPT پایدار، ایمن و قابل اعتماد مبتنی بر پلاسما خواهد بود.

کلیدواژه ها:

انتقال انرژی بی سیم ، پلاسما ، بازدهی ، پایداری زمانی ، رفتارهای غیرخطی ، تلفات انرژی ، ایمنی زیستی ، توان ویژه