Những thú vị đáng biết về sạc không dây

Dù hiện tại có tới hai tổ chức lớn đứng sau công nghệ sạc không dây cho môi trường di động: gồm Wireless Power Consortium (WPC) và AirFuel Alliance (AA) - trước đây là A4WP và PMA (Power Matters Alliance), nhưng thực tế thị trường chỉ có một thương hiệu thống trị về thị phần, đó chính là chuẩn Qi của WPC - với tỉ lệ hiện diện trên hơn 90% các thiết bị dành cho người dùng cuối.

Sau một thời gian dài dền dứ, năm 2017 đánh dấu thắng lợi lớn của WPC khi Apple chính thức triển khai công nghệ Qi trên các thiết bị của mình, đặc biệt là iPhone 8 và iPhone X. Động thái này nhanh chóng được ngành công nghiệp công nghệ thông tin coi là lựa chọn mang tính quyết định, tạo ra tiền đề cho việc mở rộng triển khai các sản phẩm phụ kiện, cũng như sản phẩm di động theo chuẩn sạc Qi.

Đây cũng là điều chưa từng xảy ra trước đó, bởi lẽ dù Samsung đã triển khai sạc không dây từ khá lâu, nhưng do cố gắng hỗ trợ cả Qi và PMA, nên mọi sản phẩm mới của hãng đều không mang tính chất quyết định như những chiếc iPhone thế hệ mới nhất.

Charging Spot 4.0 của Powermat hỗ trợ cả Qi lẫn PMA, tương thích với hầu hết mọi sản phẩm số trên thị trường.

Bước sang năm 2018, WPC lại càng mạnh mẽ hơn bao giờ hết khi bất ngờ kết nạp được Powermat - vốn là đơn vị đứng sau chuẩn công nghệ mà PMA đang thúc đẩy. Công ty Israel này cũng thẳng thắn cho biết, nguyên nhân chính của việc "đổi bên" chính là để nối bước Apple. Giờ đây, Powermat đã cung cấp các công nghệ của mình cho WPC, giúp các sản phẩm số vốn một thời chỉ tương thích Qi đã có thể hỗ trợ cả chuẩn PMA. Bản thân họ cũng tung ra bộ sạc Charging Spot 4.0 với đặc tính tương tự.


Trong khi đó, PMA hiện vẫn phát triển công nghệ sạc không dây cảm ứng và cộng hưởng của riêng mình. Tuy nhiên trong bối cảnh thành viên có vai trò quan trọng bậc nhất là Powermat đã chuyển sang hợp tác với Qi và WPC, tương lai của nhóm này trở nên mong manh hơn bao giờ hết.

Từ trước khi Apple nhảy vào cuộc chơi sạc không dây, cũng như động thái hợp tác với Powermat, chuẩn Qi của WPC đã rất phổ biến, có mặt trên điện thoại thông minh, phụ kiện và nhiều sản phẩm khác (ô tô, thiết bị điện tử gia đình...). Trong khi đó, chuẩn của PMA (giờ đây mang tên gọi AirFuel) cũng có mặt trên một số sản phẩm, và đã đạt được thỏa thuận với các nhà sản xuất điện tử tiêu dùng để cung cấp những bộ sạc không dây ra thị trường. Cả hai chuẩn này đều có một điểm yếu chung là khoảng cách sạc ngắn và đôi khi chưa thực sự tiện dụng. Ngoài hai chuẩn này, nhiều người cũng từng biết tới Rezense - chuẩn cũ của A4WP - vốn dựa trên cùng công nghệ cộng hưởng, nhưng chưa được hiện thực hóa.

 

Nguyên tắc vật lý cơ bản của sạc không dây dựa trên các cuộn cảm, được ứng dụng trong cơ chế sạc cảm ứng (inductive) và cộng hưởng (resonant).

Đáng chú ý, dù đem tới trải nghiệm cuối cho người dùng khá khác biệt, nhưng cả hai công nghệ dựa trên cảm ứng và cộng hưởng đều phát triển dựa trên việc sử dụng các cuộn dây thép cảm để truyền tải năng lượng qua không khí. Ở khía cạnh khoa học cơ bản, sạc cảm ứng đơn thuần sử dụng các cuộn dây được quấn chặt với tần số được tùy chỉnh "né" ngưỡng cộng hưởng, nhằm đạt hiệu quả truyền tải điện tốt và ít hao hụt nhất. Tuy nhiên, chỉ cần một chút sai lệch vị trí đặt cuộn dây có thể khiến hiệu suất truyền tải bị suy giảm đáng kể. Chính vì thế, hầu hết các thiết bị Qi và PMA đều sử dụng thêm nam châm để cố định thiết bị được sạc vào đế sạc, ở khoảng cách gần như dính liền.

Trong đó, hệ thống sạc cộng hưởng có khác biệt cho phép nó vận hành ở khoảng cách xa hơn một vài cm, nhờ vào việc điều chỉnh tần suất dao động phù hợp giữa thiết bị phát và thiết bị thu. Điều này cho phép gia tăng khoảng cách trước khi nguồn điện bị tiêu hao quá nhiều, nhưng lại vấp phải điểm yếu ở chỗ điện năng chuyển đi không được tối ưu như với công nghệ cảm ứng. Tuy nhiên, công nghệ cộng hưởng có lợi thế lớn nhờ việc không cần lệ thuộc vào hướng đặt trường điện từ (đồng nghĩa rằng thiết bị di động có thể đặt theo bất kì hướng nào), và có thể cấp nguồn cho nhièu thiết bị cùng lúc chỉ với một cuộn phát đơn nhất. Như thế, có thể thấy khác biệt lớn nhất giữa Qi và PMA nằm ở tần số truyền tải, giao thức kết nối giữa thiết bị và cơ chế điều chỉnh nguồn điện.

Hiện tại, phiên bản Qi 1.2 đã tối ưu hóa thiết kế cộng hưởng cho phép khoảng cách truyền tải điện đạt 2,8cm. Tuy nhiên, để đảm bảo tương thích với các tần số truyền tải của phiên bản Qi trước đó, cũng như giới hạn về nhiệt phát sinh, Qi 1.2 chưa thể đạt được hiệu quả tối ưu như vậy trong vận hành thực tế.

Cuộn dây bên trong bộ sạc chuẩn Qi.

Mặc dù Qi hiện có nhiều lợi thế, trong đó phần lớn đến từ việc đã rất phổ biến trong thị trường tiêu dùng, nhưng AirFuel cũng đang rất nỗ lực để thúc đẩy việc kết hợp công nghệ cuộn cảm và cộng hưởng vào trong một sản phẩm. Động thái này hứa hẹn đem tới cho người dùng những ưu điểm tốt nhất của cả hai công nghệ, đồng thời tạo ra một lựa chọn đủ linh động để thu hút sự quan tâm của các nhà sản xuất điện tử tiêu dùng.

 

Cho tối lúc này, các nhà sản xuất bán dẫn di động lớn, bao gồm cả Qualcomm và MediaTek đã rất nỗ lực trong việc tung ra mạch tích hợp với khả năng hỗ trợ ít nhất là một trong các chuẩn sạc không dây nói trên. Thực tế, cuộc chiến tiêu chuẩn đã buộc các hãng phải tung ra sản phẩm cùng lúc hỗ trợ đầy đủ các mô hình sạc khác nhau, mà điển hình là nhóm điện thoại đầu bảng của Samsung hay LG hiện hỗ trợ cả Qi lẫn PWA.

Trong khi đó, một số thương hiệu thậm chí còn tăng cường các chuẩn ít phổ biến hơn, hoặc bổ sung thêm tính năng nhằm tạo sức hút cho sản phẩm của mình. Một điển hình là NuCurrent bên cạnh hợp chuẩn cả Qi, PMA và A4WP, còn giới thiệu anten sạc với công suất 10W hỗ trợ cả cơ chế cảm ứng lẫn cộng hưởng.

Việc Apple chọn Qi cho iPhone 8 và iPhone X đã giúp chuẩn sạc không dây này thực sự cất cánh.

Trong tương lai, sự phát triển của Qi khi tới mức áp đảo có thể sẽ khiến nhiều nhà sản xuất quyết định tung ra sản phẩm chỉ hỗ trợ chuẩn này (như Apple hiện nay). Tuy nhiên, khi tình huống này xảy ra, trong bối cảnh hầu hết các tên tuổi lớn đều ủng hộ Qi, người dùng các thiết bị điện tử cũng không cần quá lo lắng về khả năng tương thích.

Bên cạnh vấn để tính năng, sau một thế hệ phụ kiện đầu tiên hầu hết chỉ nhắm tới nhu cầu sạc ở các hộ gia đình, giờ đây sạc không dây đã có nhiều ứng dụng hết sức phong phú, điển hình là trong ngành công nghiệp ô tô. Audi, Mercedes-Benz, Toyota/Lexus... là những thương hiệu tiên phong tích hợp hệ thống sạc không dây vào xe của mình. Trong khi đó, WPC cũng rất tích cực tích hợp sạc không dây vào các tiện ích công cộng, không gian tòa nhà, công sở, sân bay... để giúp công nghệ này ngày càng phổ biến và dễ tiếp cận hơn.

Khay sạc điện thoại chuẩn Qi trên Lexus NX.

Bên cạnh chức năng sạc huần túy, công nghệ truyền tải điện không dây dẫn cũng dần "thiên biến vạn hóa", tiến vào nhiều lĩnh vực mới. Khả năng tích hợp giao thức truyền tải thông tin (nhằm đảm bảo căn chỉnh cấp năng lượng chính xác giữa các thiết bị) cũng tạo ra cơ chế liên lạc (ra lệnh) hết sức hiệu quả. Công nghệ truyền tải điện không dây giờ đây đã được ứng dụng cho cả các giải pháp về nhà thông minh như điều khiển đèn và thiết bị gia dụng, hoặc xác định kênh radio yêu thích của chủ nhân, hay tối ưu hóa vị trí ghế ngồi trên ô tô...

 Giờ đây, ngay cả khi WPC đã trở thành tổ chức lớn mạnh nhất, với nhiều sản phẩm hiện diện trên thị trường, cũng không ngăn nổi nhiều công ty nhỏ hơn phát huy ý tưởng của riêng mình. Thực tế, ngay từ CES 2016 trước kia, Humavox - một cái tên không mấy phổ biến trong giới công nghệ - đã trình diễn một số phụ kiện sạc không dây khá độc đáo. Khác với các thiết kế dựa trên cảm ứng hay cộng hưởng, công nghệ của Humavox dựa trên việc truyền tần số sóng radio cận trường (near-field radio frequency transmission). Thiết kế này tuy cũng chỉ đem tới khả năng truyền điện ở cự ly ngắn, nhưng giúp giảm thiểu đáng kể kích thước thiết bị do dùng mạch tích hợp thay vì các cuộn thép. Đặc điểm này giúp nó có thể được tích hợp dễ dàng hơn vào nhiều sản phẩm điện tử.

Một thiết kế bộ sạc không dây hỗ trợ nhiều thiết bị cùng lúc (và không cần đặc đúng vị trí định sẵn) của Humavox.

Tương tự như Humavox, Energous cũng từng giới thiệu các sản phẩm sạc không dây dựa trên sóng radio, nhưng tập trung vào khoảng cách dài - có thể lên tới gần 5m. Tuy nhiên, công suất điện truyền tải giảm dần theo độ xa, tương ứng 5,5w ở 1,5m, 3,5w ở 3m và 1w ở 5m. Hiện tại, mức giá đắt đỏ vẫn là rào cản lớn nhất của Energous, song song với việc chưa đủ cạnh tranh về công suất sạc ở khoảng ngắn so với các giải pháp khác. Đầu năm 2018, Energous cũng đã được cơ quan quản lý viễn thông Mỹ (FCC) cấp chứng nhận bộ sạc tầm trung mới, nhưng thuộc nhóm thiết bị công nghiệp, khoa học và y tế thay vì điện tử tiêu dùng như thường lệ. Tuy FCC chưa cấp chứng nhận cho công nghệ sạc khoảng cách 5m của hãng cho các mục đích này, tại CES 2018 vừa diễn ra, Energous đã hé lộ sản phẩm hợp tác đầu tiên của mình với Myant: đồ lót thông minh SKIIN có khả năng sạc từ xa. Công suất sạc thấp của Energous thực tế vẫn đủ tốt cho các thiết bị không tiêu tốn nhiều điện, mà các cảm biến nhúng trong SKIIN để theo dõi thể trạng người mặc là một điển hình.

Đồ lót thông minh SKIIN có thể được sạc không dây từ xa, tiện lợi cho việc sử dụng.

Chưa dừng lại ở đó, sự phức tạp đằng sau công nghệ sạc không dây còn tăng lên khi các nhà khoa học phát hiện ra sóng siêu âm cũng có thể truyền tải năng lượng giữa các thiết bị. Và hệ quả là chuẩn UBeam sử dụng tần số thấp ra đời. Bên cạnh khả năng sạc cho nhiều thiết bị cùng lúc, Ubeam có thể đạt tới ngưỡng sạc 1,5w ở khoảng cách lên tới 4m. Tuy nhiên, công suất khi đặt thiết bị sát nhau và nhiệt lượng sinh ra khiến nó chưa thể cạnh tranh với các công nghệ khác trên thị trường. Mặt khác, công nghệ này cũng buộc hai thiết bị phải "nhìn" thấy nhau để có thể truyền điện (tương tự như điều khiển hồng ngoại), khác với những gì Energous làm được.

Các nhà nghiên cứu đang cố gắng tiến tới những giải pháp sạc không dây đa năng và tiện dụng hơn.

Có thể thấy tiềm năng của công nghệ sạc không dây còn rất lớn. Tuy nhiên, tới lúc này, lý do để người dùng chọn lựa nó thay vì một sợi dây USB tiện dụng vẫn chưa thực sự nổi bật. Mặt khác, nhiều yếu tố trở ngại trong sử dụng (ví dụ như khi di chuyển liên tục) cũng khiến sạc không dây sau nhiều năm chưa thực sự trở thành chuẩn mực thống trị trong ngành công nghiệp công nghệ thống tin. Tuy nhiên, giờ đây khi tất cả các thương hiệu lớn đổ dồn về lĩnh vực này, rất có thể trong vài năm tới, người tiêu dùng sẽ được chứng kiến những thay đổi kì diệu.

Từ khóa: chuẩn sạc không dây, Galaxy Note, iPhone X, Nguyễn Thúc Hoàng Linh