如果你的智慧手機或筆記型電腦在你走進門的那一刻就開始充電，會怎麼樣？研究人員開發了一個專門建造的房間，可以向其中的各種電子裝置傳輸能量，無需插頭或電池即可為手機充電併為家用電器供電。
東京大學工學研究科的專案助理教授、本週發表在《自然電子學》雜誌上的這項新研究的主要作者佐谷拓哉說，該系統“實現了在大型空間內安全且高功率的無線電力傳輸”。這個房間依賴於與短程無線手機充電器相同的現象：放置在磁場中的金屬線圈會產生電流。
現有的商業充電底座使用牆壁插座的電力在小範圍內產生磁場。大多數最新的智慧手機都配備了金屬線圈，當將這種型號放在底座上時，相互作用會產生足夠的電流為手機電池供電。但是，今天的商業產品的範圍非常有限。如果你將手機從底座上抬起，或者將其包裹在太厚的保護殼中，無線電力傳輸就會停止。但是，如果磁場充滿整個房間，那麼房間內的任何手機都可以獲得無線電力。
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華盛頓大學計算機科學與電氣工程教授 Joshua Smith 說：“擁有一個房間，各種裝置都可以在任何地方接收電力，這種前景真的非常引人注目和令人興奮。”他沒有參與這項新研究。“而這篇論文朝著實現這一目標又邁進了一步。”
圖片來源：佐谷拓哉等人，《自然電子學》
在這項研究中，研究人員描述了一個定製的測試房間，大約 18 立方米（大致相當於一個小貨運集裝箱），佐谷拓哉用導電鋁板建造，中間有一根金屬桿。研究小組為房間配備了無線供電的燈和風扇，以及更普通的物品，包括椅子、桌子和書架。當研究人員以設定的模式在牆壁和杆中通電時，它會在空間內產生三維磁場。事實上，他們將裝置設計為產生兩個獨立的場：一個充滿房間中心，另一個覆蓋角落，從而允許空間內的任何裝置充電而不會遇到盲點。
透過進行模擬和測量，佐谷拓哉和他的合作者發現，他們的方法可以在整個房間內提供 50 瓦的功率，啟動他們測試的所有配備接收線圈的裝置：智慧手機、燈泡和風扇。然而，一些能量在傳輸過程中損失了。傳輸效率從最低的 37.1% 到最高的約 90% 不等，具體取決於房間內特定點的磁場強度以及裝置的朝向。
如果不採取預防措施，讓電流透過房間的金屬牆壁通常會使其充滿兩種型別的波：電波和磁波。這帶來了問題，因為電場會在生物組織中產生熱量，並對人類構成危險。因此，研究小組在牆壁中嵌入了電容器，這是一種儲存電能的裝置。佐谷拓哉解釋說：“它將安全磁場限制在房間體積內，同時將危險部件限制在嵌入牆壁的所有元件內部。”
研究人員還透過執行計算機模擬來測試房間的安全性，測量人體在通電房間的數字模型中會接觸到什麼。諸如聯邦通訊委員會之類的機構已經制定了人體可以安全暴露於多少電磁輻射的標準，模擬表明，測試房間中的能量吸收將遠低於可接受的限值。密歇根大學電氣工程與計算機科學系副教授、研究合著者 Alanson Sample 說：“我們並不是籠統地說這項技術在所有用途下都是安全的——我們仍在探索。”“但這給了我們一些信心……我們仍有很大的空間可以遠低於功率閾值，在那裡我們可以像走進房間一樣輕鬆地為手機充電，而無需擔心那些安全問題。”
除了手機，Sample 建議，專用的無線充電室將允許各種電子裝置——感測器、移動機器人甚至醫療植入物——在後臺執行，無需有線連線即可自行充電，並讓人類在很大程度上忽略它們。該技術還可以應用於更專業的情況。Smith 說：“我可以想象這對於高度儀器化的昂貴空間非常有用，例如，手術室，在那裡你可以想象各種儀器和裝置都能夠供電，而無需電線。”
但是這些應用在未來還很遙遠。Sample 說：“在你的牆壁上鋪滿鋁板太麻煩了——這種好處目前還沒有意義。”“我們剛剛開發了一種全新的技術。現在我們必須弄清楚如何使其變得實用。”他計劃繼續研究是否可以用導電材料塗覆現有房間，或者建造包含導電層的專用牆壁，從而能夠建造符合建築規範的無線充電房間。與此同時，佐谷拓哉希望提高房間內電力傳輸的效率，並消除充電無法到達的任何殘留點。
無線充電是一個競爭極其激烈的概念，多家初創公司競相透過電磁、雷射或聲波傳輸電力。Smith 說：“很多人對波束成形型別的方法感興趣，在這些方法中，你實際上會產生一個傳播的無線電波並將其引導到周圍。”“本文中方法的優勢在於，這些場主要以磁場為主，與實際傳輸傳播的無線電波相比，磁場更安全，並且在相同的安全水平下允許更高的功率，在傳播的無線電波中，你具有大致相等的電場和磁場。”另一方面，他指出，充電波束不需要定製的金屬房間，中間有一根杆子。每種技術可能都有其自身的用途。
Sample 說：“還有其他充電機制更遠場，可以給你更遠的範圍。”“但實際上沒有一種機制可以在空間中的任何地方給你提供比如 10 瓦的功率。”