宛如电流之父特斯拉微型实验,日本科学家将房间变电场

20世纪初,发明家特斯拉 (Nikola Tesla) 倾尽财力,想要通过电离层的电磁波,向地球任何地方发送无线电能,虽然最终没有成功,但他提供在大空间传输电力的想象。东京大学与密西根大学科学家正在进行微型特斯拉实验,将房间变成自动替所有电子设备充电的无线充电室,为未来无线充电世界铺路。

虽然现在市面有许多无线充电产品,但都只是噱头,充电器需要电线,充电角度还有诸多限制。人类还没有尝到真正无线的自由,近年许多创业公司提出解决方案,从使用从天花板模块发出的红外光束到安装在类似Roomba漫游机器人的高频无线电波发射器,但东京大学与密西根大学科学家的发明更引人瞩目,他们利用电流产生的电磁场,将整个金属房间变成无线充电器。

团队由东京大学科学家领导,打造一个3×3×2米房间,地板、天花板和墙壁都由铝片金属外壳电容器制成,电容器通过地板、天花板和墙壁传输电流,产生在房间内回荡的磁场,配备小型线圈接收器的设备可利用磁场供电,且无论设备位置如何,都可从房间汲取电流。

这项发明克服以前无线电力系统距离的局限性,研究人员表示,系统可轻松扩展到工厂或仓库等更大结构,同时仍满足现有的电磁场暴露安全准则。发明克服的第二个障碍是死角问题。由于磁场是以圆形模式传播,在方形房间会产生死角,此外,接收器需要以特定方式与电场对齐才能捕获电流。

研究人员想到的解决方式是创建共振结构。研究人员表示,“用线圈在空中汲取电力就像用网捕捉蝴蝶,诀窍是让尽可能多蝴蝶在房里以最多方向旋转。这样无论网在哪里或指向哪个方向,都会捉到蝴蝶。”

为了实现这一点,系统会生成两个独立3D磁场,一个围绕房间中心杆绕一圈,另一个在角落旋转,在相邻墙壁间穿行。这种方法消除死角,使设备能从空间任何地方汲取电力。至于一个房间大小的磁场是否伤害人体,根据实验,系统可向房间任何位置提供至少50瓦功率,不会超出美国联邦通信委员会 (FCC) 电磁能量暴露准则,但这方面还需要更多严谨研究才能确定。

除了实验房间大小充电环境,科学家也针对工具箱大小环境构建充电模型。除了解除手机和笔记本束缚,还可为植入型医疗设备提供动力,并为家用或工厂行动机器人开辟新应用可能性。

现在无线充电技术只到2D。最基础的一维充电环境是无线充电电动牙刷,牙刷必须位于充电器正确位置才能充电,手机可在充电版平面任何地方充电算2D,3D无线充电则是下个挑战。

研究人员表示,最初应用可能很小,例如无线充电盒或机柜,或可为不需太多电力的微型设备供电,在商业或住宅环境使用可能还需要数年,不过研究团队已在密西根大学校园实体建筑打造无线充电室,预计今年秋天就可完工。研究发布在《Nature Electronics》。

(图片来源:东京大学)

发表评论