室內(nèi)隔空無(wú)線充電，《三體》預(yù)言的未來(lái)世界正在變成現(xiàn)實(shí)

享譽(yù)世界的著名科幻小說(shuō)《三體》中描繪過(guò)這樣一個(gè)未來(lái)世界。

在未來(lái)世界中，地球擁有 “無(wú)限能源（電力）”，因此所有東西都無(wú)需考慮充電問(wèn)題，汽車不用加油也不需要充電就可以在天上飛，杯子里的牛奶無(wú)需供電即可加熱。無(wú)線充電仿佛無(wú)時(shí)無(wú)刻覆蓋著地球的每一個(gè)角落。

在《三體》作者的筆下，無(wú)線充電技術(shù)和“超智能時(shí)代”緊密相連。然而生活在 2021 年當(dāng)下的人們，是否遇過(guò)手機(jī)電量告急，但環(huán)顧四周卻找不到電源的窘境。

雖然，目前許多產(chǎn)品宣稱可進(jìn)行無(wú)線充電，但實(shí)際仍需要將電子設(shè)備放置在無(wú)線充電板（座）上才能進(jìn)行充電。試想一下，如果當(dāng)人們走進(jìn)室內(nèi)或車?yán)?，手機(jī)等電子設(shè)備可“隔空”尋找電磁波進(jìn)行自動(dòng)無(wú)線充電，是不是很奇妙？

也許有人認(rèn)為這種“超智能”場(chǎng)景還很遙遠(yuǎn)。不過(guò)，來(lái)自日本東京大學(xué)（The University of Tokyo）和美國(guó)密歇根大學(xué)（The University of Michigan）在近期就研發(fā)了一種室內(nèi)無(wú)線充電技術(shù)。

該技術(shù)的相關(guān)論文《房間尺度的使用腔基多模諧振器的磁準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)無(wú)線電能傳輸》（Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator）于 8 月 30 日發(fā)表在 Nature Electronics 期刊上。

據(jù)論文通訊作者、日本東京大學(xué)特任助教笹谷拓也（Takuya Sasatani）介紹，該技術(shù)是通過(guò)在墻體內(nèi)部和地板中加入導(dǎo)電并分散電流的“供電金屬板”讓磁場(chǎng)散布在整個(gè)房間，把房間轉(zhuǎn)化為一個(gè)無(wú)需連接任何設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)“隔空”充電的系統(tǒng)。

利用該技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)在一個(gè) 3mx3mx2m 的房間中形成一個(gè)三維磁場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)表明，在這個(gè)三維磁場(chǎng)的房間里無(wú)需插座或有線充電設(shè)備即可對(duì)如手機(jī)、臺(tái)燈等設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電。雖然目前只能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)且給小型電子設(shè)備供電，但這與《三體》中描述的無(wú)線供電系統(tǒng)非常相似。

研究團(tuán)隊(duì)將其稱為“多模準(zhǔn)靜態(tài)空洞共振器（multimode quasistatic cavity resonance）”。研究團(tuán)隊(duì)表示，“目前市場(chǎng)上的無(wú)線充電技術(shù)不僅需要設(shè)備保持靜態(tài)，而且設(shè)備要與充電板（座）至少保持?jǐn)?shù)厘米之內(nèi)。而我們研發(fā)的技術(shù)，只要配備了接收線圈的設(shè)備進(jìn)入房間即可開(kāi)始充電。”

研究團(tuán)隊(duì)利用該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)景演示，結(jié)果表明，室內(nèi) 98% 的區(qū)域都可以穩(wěn)定地保持 50% 以上的充電傳輸效率。即便走到剩余 2% 的區(qū)域，無(wú)線充電傳輸效率（信號(hào)）依然能保持在 37% 以上。而當(dāng)接收器與磁場(chǎng)呈現(xiàn)最佳接收（一般是 90 度直角）狀態(tài)時(shí)，充電信號(hào)最強(qiáng)，并且期間無(wú)論如何移動(dòng)，該系統(tǒng)都可穩(wěn)定正常工作。

以往電子設(shè)備的接收線圈與接收磁場(chǎng)的角度會(huì)產(chǎn)生不同效率（信號(hào)），越正確的角度越會(huì)實(shí)現(xiàn)最大效率。但在本次研究中，電子設(shè)備無(wú)論在房間內(nèi)如何移動(dòng)，兩者傳輸效率仍可超過(guò) 37.1%。笹谷拓也認(rèn)為，相較于傳統(tǒng)的接收****，這種新技術(shù)更具靈活性。

另外，笹谷拓也與其團(tuán)隊(duì)對(duì)該技術(shù)在運(yùn)行中可能會(huì)對(duì)生物所產(chǎn)生的能量做了安全性測(cè)試。測(cè)試中，該技術(shù)所產(chǎn)生的充電功率大約為 100 瓦，對(duì)人體來(lái)說(shuō)處于安全值且符合聯(lián)邦通信委員會(huì)（ Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）和電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）制定的準(zhǔn)則。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)表示，未來(lái)他們將向更高功率進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)此，笹谷拓也說(shuō)道：“我們的方法支持大容量?jī)?nèi)的數(shù)十瓦功率傳輸。此外，它在系統(tǒng)維度上提供了靈活性，并且不受空間中日常物品的顯著影響。由于這些特性，此技術(shù)有很多潛在應(yīng)用?！?br />
隨著 5G 時(shí)代的到來(lái)，未來(lái)更多的電子設(shè)備將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、消費(fèi)、服務(wù)等眾多領(lǐng)域中。而電子設(shè)備的充電和續(xù)航或成為最大影響效率的問(wèn)題。

對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)稱，該系統(tǒng)未來(lái)可以輕松應(yīng)用于廠房、倉(cāng)庫(kù)、無(wú)線供電室等更大結(jié)構(gòu)的建筑內(nèi)。不過(guò)，為了讓該技術(shù)更加安全并可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入住宅環(huán)境，可能還需要幾年時(shí)間。

當(dāng)提及未來(lái)無(wú)線電能傳輸?shù)陌l(fā)展，笹谷拓也表示，“現(xiàn)在研究社區(qū)（包括我們）有許多技術(shù)可用，我認(rèn)為這些技術(shù)將隨著特定應(yīng)用的出現(xiàn)一起發(fā)展，新應(yīng)用對(duì)技術(shù)的需求將會(huì)激發(fā)其他的基礎(chǔ)研究?！?nbsp;

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