日本東京大學(xué)和美國密歇根大學(xué)的團(tuán)隊(duì)研究了一項(xiàng)新技術(shù)，可以對房間內(nèi)任何地方的小型電子設(shè)備進(jìn)行無線充電。該方法或可用于建造小型充電柜、無線充電房間，甚至建造工廠，其中設(shè)備無需電線即可充電。

該研究論文于北京時(shí)間8月30日23時(shí)發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然-電子學(xué)》上，論文標(biāo)題為《Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator》（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），通訊作者為東京大學(xué)特任助教笹谷拓也。

電子設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們生活，這些設(shè)備主要由電線充電或一次性電池供電，需要手動(dòng)操作并可能對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。無線電能傳輸技術(shù)能夠安全地給分散在空間中的眾多設(shè)備供電，有助于解除電線的束縛。

無線電能傳輸技術(shù)的研究始于19世紀(jì)80年代。上世紀(jì)60年代，美國Brown等進(jìn)行了大量無線電能傳輸研究，奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。2007年，MIT的科學(xué)家利用磁耦合諧振原理實(shí)現(xiàn)中距離的無線電能傳輸，在2m多的距離內(nèi)將一個(gè)60W的燈泡點(diǎn)亮，傳輸效率達(dá)到40%左右。

目前，無線電能傳輸技術(shù)可用于小電子產(chǎn)品，如智能手機(jī)、電動(dòng)牙刷等。但目前的系統(tǒng)需要這些設(shè)備保持靜態(tài)，并與充電座或充電板的距離保持在數(shù)厘米內(nèi)。

此項(xiàng)工作中，笹谷拓也等人開發(fā)了一種技術(shù)，利用墻內(nèi)導(dǎo)電表面上多向的分散電流，把房間轉(zhuǎn)變成無線電能傳輸系統(tǒng)。該技術(shù)被稱為多模準(zhǔn)靜態(tài)腔諧振器（multimode quasistatic cavity resonance），會(huì)在整個(gè)房間（3 m×3 m×2 m）內(nèi)產(chǎn)生三維磁場，能有效地結(jié)合電子設(shè)備（如智能手機(jī)、燈泡或電扇）上的小型接收線圈。

多模準(zhǔn)靜態(tài)腔諧振器  論文插圖

接收線圈需要處于相對磁場的正確角度才能實(shí)現(xiàn)最大效率，但房間各處以及設(shè)備在移動(dòng)中的能量傳輸效率仍可達(dá)到超過37.1%。作者認(rèn)為，這一方法相比過去的手段（例如現(xiàn)有基于線圈的發(fā)射器）提供了更大的靈活性。

“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。” 笹谷拓也對澎湃新聞（www.kxwhcb.com)記者表示，潛在應(yīng)用比如充電柜、無線供電室和無線供電工廠。

構(gòu)建的房間尺度諧振器  論文插圖

論文中，他們展示了生活環(huán)境中有普通家具的無線供電室，作為此類應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。在無線供電室內(nèi)，臺(tái)燈、風(fēng)扇和智能手機(jī)可以進(jìn)行無線充電。模擬還表明，房間級諧振器可以安全地向小至1/5000功率范圍的設(shè)備提供超過 50W的功率。

生活環(huán)境中房間尺度的無線電能傳輸  論文插圖

研究人員也探索了該系統(tǒng)的安全性，尤其是在運(yùn)行中有多少能量可能被生物組織吸收，發(fā)現(xiàn)他們的結(jié)果符合聯(lián)邦通信委員會(huì)和電氣與電子工程師學(xué)會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)。（所用頻率范圍內(nèi)電磁場暴露的主要健康影響是溫度升高和電刺激。因此，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)基于生物組織吸收的電輻射能量和內(nèi)部電場這兩種健康效應(yīng)相關(guān)的物理量。）

研究者稱，鑒于系統(tǒng)層面的靈活性和對外部物體干擾的魯棒性，預(yù)計(jì)他們安全無線電能傳輸技術(shù)能在工業(yè)和個(gè)人生活空間里為電子設(shè)備供電方面提供廣泛的應(yīng)用。

“我們計(jì)劃解決的一個(gè)挑戰(zhàn)是實(shí)際的系統(tǒng)部署，因?yàn)槲覀冏约簭念^開始構(gòu)建它很困難。因此，我們將探索使用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建技術(shù)來構(gòu)建這些系統(tǒng)的方法。”笹谷拓也表示，“我們也會(huì)探索進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)性能。”

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(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)用對技術(shù)的需求將會(huì)激發(fā)其他基礎(chǔ)研究。”