無中生“電”

文| 馬 迪

讓空氣中充滿電力，讓能源觸手可及，“隔空取電”已經(jīng)近在眼前，人類終將迎來一個無線的世界。

隨著科技與社會的進(jìn)步，人們的生活中出現(xiàn)了越來越多的電子設(shè)備，也誕生了隨時隨地大量的電力需求。在需求的推動下，能夠滿足隨時充電的無線充電順勢而生。是的，擺脫固定的電源、扔掉纏繞的線纜、無需在暗處摸索著插拔……手機(jī)無線充電對絕大多數(shù)用戶來說都是極大的體驗提升。那么，三體小說中“空氣中到處都是電”的場景有可能成真嗎？

特斯拉的無線輸電之夢。

無線輸電，就是在不借助金屬導(dǎo)線以及其它物理連接的條件下，以空氣為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電能傳輸。實(shí)際上，早在100多年前，人們就設(shè)想能夠像現(xiàn)在我們連接Wi-Fi信號一樣來搜索電源信號，實(shí)現(xiàn)隔空取電。

1890年，交流電之父、物理學(xué)家兼電氣工程師尼古拉·特斯拉提出了一個大膽的構(gòu)想：把地球作為導(dǎo)體，在地球與電離層之間建立起大約8Hz的低頻共振，利用環(huán)繞地球的表面電磁波來遠(yuǎn)距離傳輸電力，甚至在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行能量廣播和免費(fèi)獲取。作為無線輸電系統(tǒng)的原型，他投入巨資在紐約長島建造了一座高57米的“沃登克里弗塔”，但由于經(jīng)費(fèi)高昂、投資人失去耐心，這個項目未能取得進(jìn)展就被終止，塔也被拆除了。

無線輸電的過程其實(shí)并不復(fù)雜，簡單地說，就是電流在流過線圈的時候，會產(chǎn)生磁場；而靠近磁場的線圈，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而實(shí)現(xiàn)了電流的無線傳遞。可以說，任何使用電力的地方都有采用無線傳輸?shù)臐撛诳赡堋?/p>

這項技術(shù)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展是在21世紀(jì)以后。2007年6月，美國麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊利用銅制線圈作為電磁共振器，分別附在電力傳送方和接受方，傳送方送出某特定頻率的電磁波后，經(jīng)過電磁場擴(kuò)散到接受方，就實(shí)現(xiàn)了電力的無線傳導(dǎo)。這項被他們稱為“無線電力”的技術(shù)經(jīng)過多次試驗，成功點(diǎn)亮了兩米外的60瓦燈泡，引發(fā)了極大關(guān)注。

2010年以后，無線輸電技術(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性應(yīng)用階段。值得一提的是，推動無線輸電技術(shù)發(fā)展最強(qiáng)勁的動力正是來自智能手機(jī)、穿戴設(shè)備、iPad、筆記本電腦等便攜通信產(chǎn)品領(lǐng)域。盡管現(xiàn)在的無線充電大多必須緊貼充電板，稱不上真正的“隔空取電”，卻也讓我們的電力生活進(jìn)入了新篇章。

未來可能是一個無線的世界。

可以預(yù)見，數(shù)字社會下，無線輸電還將在更多方面影響我們的生活。

比如，在智能家居方面，無線輸電有可能代替家中遍布如蛛網(wǎng)一樣的電線。東京大學(xué)和密歇根大學(xué)的研究人員曾發(fā)明了一個無線充電室，房間外配備一個輸出頻率為1.34MHz的射頻電源，通過房間墻壁上的導(dǎo)電表面和導(dǎo)電極來產(chǎn)生共振磁場，為空間內(nèi)的多個設(shè)備進(jìn)行無線充電。最終，在這個長寬各3米、高2米的房間里，手機(jī)、臺燈、風(fēng)扇等產(chǎn)品在任意位置都能隔空取電，總傳輸功率高達(dá)50瓦。

無線輸電對于電動汽車產(chǎn)業(yè)更是具有革命性意義。能不能在所有高速公路、城市主干道的路面上安裝電能發(fā)射裝置，讓車輛在行進(jìn)中完成充電呢？2021年底，全球第四大汽車制造商Stellantis集團(tuán)在意大利就建造了這樣一條公路：全長1.05公里，全部路面下埋入感應(yīng)線圈，初步實(shí)現(xiàn)了電動車的隔空供能。如果這項技術(shù)推廣普及，電動車的“里程焦慮”將不復(fù)存在。

為侵入式的電動醫(yī)療器械提供無線的電力，醫(yī)療也是無線輸電可以大展身手的重要領(lǐng)域。對那些使用心臟起搏器、神經(jīng)刺激器、胰島素泵、肌肉傳感器、遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控等設(shè)備的患者來說，無線輸電無疑將減少不必要的痛苦，帶來極大的便利。

如今，常見的無線充電設(shè)備效率為70%左右，遠(yuǎn)低于有線充電的效率，但好消息是，無線輸電的轉(zhuǎn)化率正在快速提升。一些實(shí)驗室研究結(jié)果甚至可以媲美有線充電，比如以色列Powermat公司稱其非接觸式充電系統(tǒng)的電力傳輸效率可達(dá)93%，日本伊東健治教授通過集成的方式將微波無線供電技術(shù)的轉(zhuǎn)換率也提升到了93%。

讓空氣中充滿電力，讓能源觸手可及，一直以來人類在這方面的努力從停止過。相比許多遙不可及的幻想，“隔空取電”已經(jīng)近在眼前。