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

享譽世界的著名科幻小說《三體》中描繪過這樣一個未來世界。

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

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

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

也許有人認為這種“超智能”場景還很遙遠。不過，來自日本東京大學(xué)（The University of Tokyo）和美國密歇根大學(xué)（The University of Michigan）在近期就研發(fā)了一種室內(nèi)無線充電技術(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)場無線電能傳輸》（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”讓磁場散布在整個房間，把房間轉(zhuǎn)化為一個無需連接任何設(shè)備便可實現(xiàn)“隔空”充電的系統(tǒng)。

利用該技術(shù)，研究團隊在一個 3mx3mx2m 的房間中形成一個三維磁場。實驗表明，在這個三維磁場的房間里無需插座或有線充電設(shè)備即可對如手機、臺燈等設(shè)備進行無線充電。雖然目前只能實現(xiàn)室內(nèi)且給小型電子設(shè)備供電，但這與《三體》中描述的無線供電系統(tǒng)非常相似。

研究團隊將其稱為“多模準(zhǔn)靜態(tài)空洞共振器（multimode quasistatic cavity resonance）”。研究團隊表示，“目前市場上的無線充電技術(shù)不僅需要設(shè)備保持靜態(tài)，而且設(shè)備要與充電板（座）至少保持數(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)備進入房間即可開始充電。”

研究團隊利用該系統(tǒng)進行實景演示，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，無線充電傳輸效率（信號）依然能保持在 37% 以上。而當(dāng)接收器與磁場呈現(xiàn)最佳接收（一般是 90 度直角）狀態(tài)時，充電信號最強，并且期間無論如何移動，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的角度會產(chǎn)生不同效率（信號），越正確的角度越會實現(xiàn)最大效率。但在本次研究中，電子設(shè)備無論在房間內(nèi)如何移動，兩者傳輸效率仍可超過 37.1%。笹谷拓也認為，相較于傳統(tǒng)的接收****，這種新技術(shù)更具靈活性。

另外，笹谷拓也與其團隊對該技術(shù)在運行中可能會對生物所產(chǎn)生的能量做了安全性測試。測試中，該技術(shù)所產(chǎn)生的充電功率大約為 100 瓦，對人體來說處于安全值且符合聯(lián)邦通信委員會（ Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）和電氣與電子工程師學(xué)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）制定的準(zhǔn)則。

據(jù)研究團隊表示，未來他們將向更高功率進行擴展。對此，笹谷拓也說道：“我們的方法支持大容量內(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 時代的到來，未來更多的電子設(shè)備將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、消費、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題。

對此，研究團隊稱，該系統(tǒng)未來可以輕松應(yīng)用于廠房、倉庫、無線供電室等更大結(jié)構(gòu)的建筑內(nèi)。不過，為了讓該技術(shù)更加安全并可以實現(xiàn)進入住宅環(huán)境，可能還需要幾年時間。

當(dāng)提及未來無線電能傳輸?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)用對技術(shù)的需求將會激發(fā)其他的基礎(chǔ)研究?！?nbsp;

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