連線通向無限未來的橋樑

透過空氣傳輸電力,剪斷最後一根電線

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儘管筆記型電腦、手機和其他小工具為我們提供了非凡的移動性,但我們只能在電池續航時間內自由漫遊。麻省理工學院的光子學研究員馬林·索爾賈希奇希望透過無線輸電或WiTricity來消除這種束縛。

索爾賈希奇從天花板上懸掛了一個直徑為0.6米(兩英尺)的銅線圈,然後在約2.1米(七英尺)遠的地方懸掛了另一個線圈,並從中垂下了一個60瓦的燈泡。當他將第一個線圈插入電源時,第二個線圈上的燈泡亮了起來。第一個線圈中的電流建立了一個磁場,該磁場在第二個線圈中感應出電流。

許多電機都利用了這種效應,但通常感應只能在幾毫米的間隙中工作,並且隨著距離的增加而迅速衰減。索爾賈希奇調整了他的線圈以產生共振,從而實現了在一定距離上的高效能量交換。他的系統的未來應用可能使筆記型電腦和手機在配備共振發射器的房間內充電。


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人類剪斷電線的衝動由來已久。蘋果釋出了iPhone作為終極無線介面,人們排隊支付600美元購買它。這款手持裝置結合了先進行動電話和最新iPod的所有功能,從而使使用者可以自由漫步,同時撥打電話、訪問網路、傳送簡訊和電子郵件、拍照、聽音樂和觀看影片。儘管早期的某些手機也提供了許多這些功能,但iPhone的全尺寸“多點觸控”螢幕為客戶提供了更大的靈活性,包括使用標準鍵盤進行訊息傳遞、YouTube影片流和視覺化語音郵件列表——更不用說訪問iTunes了,iTunes是迄今為止占主導地位的線上音樂來源。

無線感測器也獲得了靈活性。它們被縮小到米粒或灰塵的大小,可以監視化學和生物武器,或檢查土壤中的水分含量。它們已經在改變人們監控世界的方式。然而,一個主要的障礙是如何知道這種隨機分佈的感測器網路是否在覆蓋範圍上留有空白,或者感測器的範圍是否重疊,從而浪費它們可能攜帶的寶貴電力。

羅伯特·格里斯特,伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的數學家,以及波莫納學院的數學教授文·德·席爾瓦利用數學同調科學來回答這兩個問題。同調分析形狀內的點、線和幾何排列。透過將感測器視為點,將感測器對視為邊,並將邊的集合視為形狀,格里斯特和德·席爾瓦設計了可以判斷灑布的感測器網路是否重疊或留有空白的演算法。

格里斯特和德·席爾瓦的演算法的優點在於,它們只需要知道哪些感測器在彼此的範圍內,而不需要知道每個感測器的實際位置;它們消除了對昂貴的全球定位電路或手動電路對映的需求。瞭解空白和重疊的位置後,網路運營商可以提高某些感測器的功率,或戰略性地新增新感測器以填補空白點。

馬克·費斯切蒂《大眾科學》擔任高階編輯已有17年,報道了可持續發展問題,包括氣候、天氣、環境、能源、食物、水、生物多樣性、人口等等。他分配和編輯記者和科學家的專題文章、評論和新聞,也以這些形式撰寫文章。他編輯“歷史”欄目,該雜誌的部門回顧整個時代的科學進步。他是兩本衍生雜誌的創始執行編輯:《大眾科學心靈》《大眾科學地球3.0》。他2001年為該雜誌撰寫的自由撰稿文章《淹沒新奧爾良》預測了像卡特里娜颶風這樣的風暴將給該市帶來的廣泛災難。他的影片你死後身體會發生什麼?在YouTube上的觀看次數超過1200萬次。費斯切蒂曾為《紐約時報》、《體育畫報》、《史密森尼》、《技術評論》、《快公司》和許多其他刊物撰寫自由撰稿文章。他與全球資訊網的發明者蒂姆·伯納斯-李合著了《編織網路》一書,該書講述了全球資訊網如何建立的真實故事。他還與微生物學家埃莉諾·列維合著了《新型致命疾病》。費斯切蒂曾任《IEEE Spectrum Magazine》《Family Business Magazine》的執行編輯。他擁有物理學學位,並曾兩次擔任路易斯安那州百年學院的阿塔韋公民文化研究員,該學院授予他榮譽博士學位。2021年,他獲得了美國地球物理聯合會的羅伯特·C·考恩科學新聞持續成就獎,該獎項旨在表彰其在地球和空間科學領域的傑出報道職業生涯。他曾出現在NBC的《與新聞界見面》、CNN、歷史頻道、NPR新聞和許多新聞廣播電臺中。在X(前身為Twitter)上關注費斯切蒂@markfischetti

更多作者:馬克·費斯切蒂
大眾科學雜誌 第298卷 第1期這篇文章最初以“連線通向無限未來的橋樑”為標題發表在《大眾科學》雜誌 第298卷 第1期 (), p. 44
doi:10.1038/scientificamerican0108-44a
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