นิโกลา เทสลา ผู้ส่งพลังงานไฟฟ้าไร้สายข้ามยุคสมัย

เรื่องโดย อิงฤทธิ์ รัตนวงศ์นรา

แนวความคิดของ นิโกลา เทสลา (Nicola Tesla) ในเรื่องการส่งพลังงานไฟฟ้าไร้สาย ถูกจุดประเด็นขึ้นมาอีกครั้ง เมื่อเราสามารถพัฒนาเป็นระบบส่งพลังงานไฟฟ้าไร้สายให้แก่อุปกรณ์สื่อสารพกพา เช่น คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก แท็บเล็ตหรือโทรศัพท์มือถือได้

ปัจจุบันอุปกรณ์สื่อสารแบบพกพาไม่ว่าจะเป็น คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก แท็บเล็ต โทรศัพท์มือถือ หรืออุปกรณ์ปลีกย่อยบางประเภท เช่น อุปกรณ์ควบคุมระยะไกล รีโมท เครื่องขยายเสียง หรือระบบอากาศยานไร้คนขับก็ได้พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว ด้วยความสะดวกในการพกพาจึงเป็นที่นิยมของผู้บริโภคจำนวนมาก ทว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะทำงานได้ ก็ต้องพกพาอุปกรณ์ที่ใช้เก็บสะสมพลังงานติดไปด้วย ซึ่งเป็นข้อจำกัดอย่างหนึ่งที่สำคัญ ของเทคโนโลยีเหล่านี้ เนื่องจากผู้ใช้งานต้องคำนึงถึงน้ำหนักของอุปกรณ์ที่ใช้เก็บสะสมพลังงาน เช่น แบตเตอรี่ หรืออุปกรณ์เปลี่ยนรูปพลังงาน เช่น เครื่องปั่นไฟที่ใช้เครื่องยนต์

เทคโนโลยีการผลิตพลังงานไฟฟ้าขนาดย่อมในปัจจุบัน สามารถลดข้อจำกัดเหล่านี้ได้บ้าง เช่น ระบบ solar cell ระบบเซลล์ไฟฟ้าอากาศ เนื่องจากสามารถพกพาได้ แต่มีน้ำหนักมากทำให้มีข้อจำกัด ดังนั้นเทคโนโลยีนี้ จึงใช้ได้เฉพาะกับอุปกรณ์ในระบบสถานีชั่วคราว เช่น ระบบสถานีชั่วคราวของโทรศัพท์เคลื่อนที่ เป็นไปได้หรือไม่ที่การส่งพลังงานไฟฟ้าจะเป็นแบบไร้สายซึ่งจะช่วยให้ไม่ต้องพกพาอุปกรณ์สำหรับเก็บสะสมพลังงานเป็นจำนวนมากโดยหลักการทำงานเสมือนเป็นระบบเปลี่ยนรูปพลังงานเพื่อจ่ายกำลังไฟฟ้าให้แก่อุปกรณ์พกพา เช่น อากาศยานขนาดจิ๋วและอุปกรณ์สื่อสาร

นักประดิษฐ์ นิโกลา เทสลา ผู้ให้กำเนิดระบบไฟฟ้ากระแสสลับ และหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ รวมทั้งระบบมอเตอร์ ได้แสดงผลงานที่สั่นสะเทือนวงการไฟฟ้า ในปี พ.ศ. 2442 นั่นคือระบบการส่งไฟฟ้าไร้สายและระบบควบคุมระยะไกล เทสลาเป็นบุคคลแรกผู้บุกเบิกระบบส่งไฟฟ้าไร้สายนี้ โดยระยะแรกได้ใช้ระบบ Magnetic Induction หรือการเหนี่ยวนำด้วยสนามแม่เหล็ก แต่ก็ส่งพลังงานได้ในระยะทางที่จำกัด ขณะเดียวกันก็ได้พัฒนาระบบสื่อสารไร้สาย โดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับระบบควบคุมเรือ หรือพาหนะขนส่งได้เป็นผลดี

ต่อมา นิโกลา เทสลา ได้พัฒนาระบบส่งข้อความและสัญญาณเสียงแต่ไม่เป็นผล ซึ่งทำให้ผู้คิดค้นได้รวบรวมสองหลักการ คือ หม้อแปลงไฟฟ้าความถี่สูงจากระบบ Magnetic Induction และระบบสื่อสารไร้สายมาไว้ด้วยกัน โดยพัฒนาเป็นระบบ Matching Load Coupling หรือการปรับขนาดภาระการส่งผ่านให้ได้กำลังสูงสุดเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นหลักการของห้องส่งวิทยุต้นแบบให้แก่นักประดิษฐ์และนักวิทยาศาสตร์ในสมัยต่อมา

ด้วยหลักการนี้ ทำให้เราสามารถส่งพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงในกำลังที่สูงด้วยเครื่องส่งวิทยุชนิดนี้ และใช้เครื่องรับพลังงานที่มีขนาดเล็กเพื่อ แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า จึงเกิดเป็นการส่งพลังงานไฟฟ้าแบบไร้สายขึ้น

การทำงานของเครื่องส่งวิทยุกำลังสูงในสมัยแรกนี้ ใช้จุดสปาร์กไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าในการกำเนิดสัญญาณความถี่สูงด้วยกำลังสูง และใช้หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดแรงดันสูงมาก แปลงสัญญาณที่ได้เป็นศักย์ไฟฟ้าแรงสูงเพื่อส่งคลื่นวิทยุออกอากาศ การส่งพลังงานเป็นที่น่าพอใจสำหรับสมัยนั้นแต่หลักการนี้ไม่ได้รับการสนับสนุนเงินทุน เนื่องจากไม่สามารถคิดค่าใช้จ่ายในการใช้พลังงานของประชาชน (ลูกค้า) ได้ เพราะจ่ายไฟเป็นระบบสาธารณะ ระบบนี้จึงถูกเปลี่ยนให้ลดกำลังส่งลงมาเป็นการส่งวิทยุสำหรับการสื่อสารในปัจจุบัน