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室内隔空无线充电,《三体》预言的未来世界正在变成现实

发布人:深科技时间:2021-09-22来源:工程师

享誉世界的著名科幻小说《三体》中描绘过这样一个未来世界。


在未来世界中,地球拥有 “无限能源(电力)”,因此所有东西都无需考虑充电问题,汽车不用加油也不需要充电就可以在天上飞,杯子里的牛奶无需供电即可加热。无线充电仿佛无时无刻覆盖着地球的每一个角落。

在《三体》作者的笔下,无线充电技术和“超智能时代”紧密相连。然而生活在 2021 年当下的人们,是否遇过手机电量告急,但环顾四周却找不到电源的窘境。



虽然,目前许多产品宣称可进行无线充电,但实际仍需要将电子设备放置在无线充电板(座)上才能进行充电。试想一下,如果当人们走进室内或车里,手机等电子设备可“隔空”寻找电磁波进行自动无线充电,是不是很奇妙?

也许有人认为这种“超智能”场景还很遥远。不过,来自日本东京大学(The University of Tokyo)和美国密歇根大学(The University of Michigan)在近期就研发了一种室内无线充电技术。

该技术的相关论文《房间尺度的使用腔基多模谐振器的磁准静态场无线电能传输》(Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator)于 8 月 30 日发表在 Nature Electronics 期刊上。



据论文通讯作者、日本东京大学特任助教笹谷拓也(Takuya Sasatani)介绍,该技术是通过在墙体内部和地板中加入导电并分散电流的“供电金属板”让磁场散布在整个房间,把房间转化为一个无需连接任何设备便可实现“隔空”充电的系统。

利用该技术,研究团队在一个 3mx3mx2m 的房间中形成一个三维磁场。实验表明,在这个三维磁场的房间里无需插座或有线充电设备即可对如手机、台灯等设备进行无线充电。虽然目前只能实现室内且给小型电子设备供电,但这与《三体》中描述的无线供电系统非常相似。

研究团队将其称为“多模准静态空洞共振器(multimode quasistatic cavity resonance)”。研究团队表示,“目前市场上的无线充电技术不仅需要设备保持静态,而且设备要与充电板(座)至少保持数厘米之内。而我们研发的技术,只要配备了接收线圈的设备进入房间即可开始充电。”



研究团队利用该系统进行实景演示,结果表明,室内 98% 的区域都可以稳定地保持 50% 以上的充电传输效率。即便走到剩余 2% 的区域,无线充电传输效率(信号)依然能保持在 37% 以上。而当接收器与磁场呈现最佳接收(一般是 90 度直角)状态时,充电信号最强,并且期间无论如何移动,该系统都可稳定正常工作。



以往电子设备的接收线圈与接收磁场的角度会产生不同效率(信号),越正确的角度越会实现最大效率。但在本次研究中,电子设备无论在房间内如何移动,两者传输效率仍可超过 37.1%。笹谷拓也认为,相较于传统的接收****,这种新技术更具灵活性。



另外,笹谷拓也与其团队对该技术在运行中可能会对生物所产生的能量做了安全性测试。测试中,该技术所产生的充电功率大约为 100 瓦,对人体来说处于安全值且符合联邦通信委员会( Federal Communications Commission,FCC)和电气与电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)制定的准则。




据研究团队表示,未来他们将向更高功率进行扩展。对此,笹谷拓也说道:“我们的方法支持大容量内的数十瓦功率传输。此外,它在系统维度上提供了灵活性,并且不受空间中日常物品的显著影响。由于这些特性,此技术有很多潜在应用。”

随着 5G 时代的到来,未来更多的电子设备将广泛应用于生产、消费、服务等众多领域中。而电子设备的充电和续航或成为最大影响效率的问题。

对此,研究团队称,该系统未来可以轻松应用于厂房、仓库、无线供电室等更大结构的建筑内。不过,为了让该技术更加安全并可以实现进入住宅环境,可能还需要几年时间。

当提及未来无线电能传输的发展,笹谷拓也表示,“现在研究社区(包括我们)有许多技术可用,我认为这些技术将随着特定应用的出现一起发展,新应用对技术的需求将会激发其他的基础研究。” 


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关键词: 无线充电

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