來源：DeepTech深科技

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，無線充電技術和“超智能時代”緊密相連。然而生活在 2021 年當下的人們，是否遇過手機電量告急，但環顧四周卻找不到電源的窘境。

（來源：Pixabay）

雖然，目前許多產品宣稱可進行無線充電，但實際仍需要將電子設備放置在無線充電板（座）上才能進行充電。試想一下，如果當人們走進室內或車里，手機等電子設備可“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（The University of Tokyo）和美國密歇根大學（The University of Michigan）在近期就研發了一種室內無線充電技術。

該技術的相關論文《房間尺度的使用腔基多模諧振器的磁準靜態場無線電能傳輸》（Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator）于 8 月 30 日發表在 Nature Electronics 期刊上。

圖｜ 相關論文（來源：Nature Electronics）

據論文通訊作者、日本東京大學特任助教笹谷拓也（Takuya Sasatani）介紹，該技術是通過在墻體內部和地板中加入導電并分散電流的“供電金屬板”讓磁場散布在整個房間，把房間轉化為一個無需連接任何設備便可實現“隔空”充電的系統。

利用該技術，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備即可對如手機、臺燈等設備進行無線充電。雖然目前只能實現室內且給小型電子設備供電，但這與《三體》中描述的無線供電系統非常相似。

研究團隊將其稱為“多模準靜態空洞共振器（multimode quasistatic cavity resonance）”。研究團隊表示，“目前市場上的無線充電技術不僅需要設備保持靜態，而且設備要與充電板（座）至少保持數厘米之內。而我們研發的技術，只要配備了接收線圈的設備進入房間即可開始充電。”

圖｜多模準靜態空洞共振器系統概述 （來源：Nature Electronics）

研究團隊利用該系統進行實景演示，結果表明，室內 98% 的區域都可以穩定地保持 50% 以上的充電傳輸效率。即便走到剩余 2% 的區域，無線充電傳輸效率（信號）依然能保持在 37% 以上。而當接收器與磁場呈現最佳接收（一般是 90 度直角）狀態時，充電信號最強，并且期間無論如何移動，該系統都可穩定正常工作。

圖｜現實場景下演示的室內無線充電傳輸 （來源：Nature Electronics）

以往電子設備的接收線圈與接收磁場的角度會產生不同效率（信號），越正確的角度越會實現最大效率。但在本次研究中，電子設備無論在房間內如何移動，兩者傳輸效率仍可超過 37.1%。笹谷拓也認為，相較于傳統的接收發射器，這種新技術更具靈活性。

圖｜室內大規模無線充電系統的構建 （來源：Nature Electronics）

另外，笹谷拓也與其團隊對該技術在運行中可能會對生物所產生的能量做了安全性測試。測試中，該技術所產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邦通信委員會（ Federal Communications Commission，FCC）和電氣與電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）制定的準則。

圖｜通過合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar,SAR）進行的安全評估

據研究團隊表示，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的數十瓦功率傳輸。此外，它在系統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，此技術有很多潛在應用。”

隨著 5G 時代的到來，未來更多的電子設備將廣泛應用于生產、消費、服務等眾多領域中。而電子設備的充電和續航或成為最大影響效率的問題。

對此，研究團隊稱，該系統未來可以輕松應用于廠房、倉庫、無線供電室等更大結構的建筑內。不過，為了讓該技術更加安全并可以實現進入住宅環境，可能還需要幾年時間。

當提及未來無線電能傳輸的發展，笹谷拓也表示，“現在研究社區（包括我們）有許多技術可用，我認為這些技術將隨著特定應用的出現一起發展，新應用對技術的需求將會激發其他的基礎研究。”