这个房间可以为你的所有设备无线充电
来源：中国数字科技馆
假如你的智能手机或笔记本电脑在你一进门就开始充电。研究人员们已经开发出了一种特殊的房间，它能够为其中的各种电子设备输送能量，不用插座或者电池就可以为手机充电，为家电供电。
一位东京大学工程研究生院的特任助教Takuya Sasatani说，这个系统“实现了大规模安全、大功率的无线电力传输”，同时，一项以他为第一作者的新研究近日刊登在《自然·电子学》（Nature Electronics）。房间依赖于与短距离无线手机充电器相同的现象：放置在磁场中的金属线圈将产生电流。
现有的商业无线充电座利用墙面插座的电能在一小块区域内产生磁场。大部分的最新智能手机都配有一个金属线圈，当这种手机放到无线充电座上时，相互作用产生的电流足以为手机电池充电。但是，如今商业产品的使用范围十分有限。如果你把手机从基座上拿起来或者把它裹在了过厚的手机壳里，无线充电就会停止。但是如果磁场充满了整个房间，其中的任何手机都可以无线充电。
华盛顿大学计算机科学和电气工程学教授Joshua Smith说：“这样一间房间的前景令人兴奋、备受瞩目，各种各样的设备可以在其中的任何地方充电，”他没有参与这项新研究。“这篇论文向这个目标迈出了一步。”
在研究中，科研人员描绘了一间18立方米的定制测试房间（大概等同于一个小型货物集装箱的容量），该房间由Sasatani建造，材料为导电铝板，房间中有一根金属杆。团队为该房间配备了一台无线供电台灯和风扇，以及一些平平无奇的物品，如椅子、桌子和书架。当研究人员以固定的模式为墙体和金属杆通电时，就在该空间内产生了一个三维磁场。事实上，他们设计的这个装置会生成两个独立的磁场：一个占据了房间的中心，另一个覆盖了角落，从而使得空间中的所有设备都能够无死角充电。
通过模拟和测量，Sasatani 和他的合著者们发现，他们的方法可以为整个房间提供50瓦的电力，足以使他们测试的装有接收线圈的所有设备工作：一部智能手机，一个灯泡和一台风扇。然而，在传输过程中有一些能量的损失。输出效率的范围从低至37.1%到高达90%，这取决于房间中某点磁场强度和设备方向。
正常情况下，通过房间的金属墙壁的电流通常会使其充满两种波:电波和磁波。这就带来一个问题，因为电场会在生物组织中产热，给人类带来危害。所以团队在墙壁中嵌入电容器，这是一种储存电能的设备。“它将安全磁场限制在房间内，同时将危险的部分限制在嵌入墙内的所有部件内，”Sasatani解释道。
研究人员还通过计算机模拟测试了房间的安全性，测量了在一间无线充电室的数字模型中，人体会暴露于什么。联邦通信委员会（Federal Communications Commission）等权威机构已经建立了人体暴露的电磁辐射安全标准，模拟显示，测试房间中的能量吸收远低于可接受限值。“我们不会笼统地说这项技术在所有使用情况下都是安全的，我们仍然在探索，”这项研究的合著者Alanson Sample说，他是密歇根大学电子工程与计算机科学系的副教授。“但是这给了我们一些信心……在电能的阈值之下，我们还有很大的发展空间，仍然可以在不用担心安全问题的同时，使手机充电像你走进房间一样容易。”
除了手机，Sample提议，一间专用无线充电房间应该可以让各种电子设备，传感器、移动机器人甚至医学植入物，在后台运作，自动无线充电并使人基本上忽视他们。这项技术还能应用于更专业的场景。“我可以想象，这对高度器械化的、昂贵的空间非常有用，如手术室”Smith说，“你可以想象其中的各种仪器和设备无需导线即使用。”
但是这些应用还在遥远的未来。“将铝片布满你的整个墙壁实在过于沉重，且目前这种好处还没有什么意义，”Sample说，“我们才刚刚开发出一种全新的技术。现在我们需要研究如何付诸实践使之切实可行。”他打算继续研究，能否通过给现有房间覆盖导电材料或者建造含有导电层的特殊墙体使打造无线充电室合乎建筑规范。同时，Sasatani希望提高房间的能量传递效率，排除任何不能充电的残余角落。
无线充电是一种非常具有竞争力的概念，各种初创企业竞相通过电磁、激光或者声波传递电力。“许多人对于波束形成类的方法感兴趣，生成可传播的无线电波并引导它，”Smith说，“这篇论文的优势在于由磁场主导，相比于在大致相同的电场和磁场强度中传播无线电波，该方法更安全，在相同的安全水平下可传输更高的能量。”另一方面，他指出一束充电电波不需要定制一间一根杆子从中穿过的金属屋。每种技术都有其用处。
“还有其他的更加远场的充电装置，可以给你提供更大范围的电力，”Sample说，“但是没有一种装置可以在一个空间的任何地方为你提供10瓦的电力。”
撰文：Sophie Bushwick，《科学美国人》（ Scientific American） 技术报道副编辑。
翻译：张欣怡
校审：曾小欢
引进来源：科学美国人