“充電室”系統無需電線即可為燈、電話和膝上型電腦供電

研究人員開發了一種系統，可以安全地透過空中輸送電力

編譯 陳講運

密歇根大學 (UM) 和東京大學的研究人員開發了一種系統，可以安全地透過空中供電，有可能將整個建築物變成無線充電區。

在Nature Electronics發表的一項新研究中，該技術可以使用磁場提供 50 瓦的功率。

研究作者、密歇根大學計算機科學與工程教授 Alanson Sample 表示，除了解除手機和膝上型電腦的束縛，該技術還可以為植入的醫療裝置提供動力，併為家庭和製造設施中的移動機器人開闢新的可能性。該團隊還致力於在小於房間大小的空間中實施該系統，例如一個為放置在其中的工具充電的工具箱。

“這確實提升了無處不在的計算世界的力量——你可以把電腦放在任何地方，而不必擔心充電或插入，”Sample 說。“還有很多臨床應用；例如，今天的心臟植入物需要一條從泵穿過身體到外部電源的電線。這可以消除這種情況，降低感染風險並提高患者的質量生命的。”

該團隊由東京大學的研究人員領導，在一個約 10 英尺乘 10 英尺的專用鋁製測試室中展示了該技術。它們以無線方式為燈、風扇和手機供電，無論人和傢俱的位置如何，都可以從房間的任何地方汲取電流。

研究人員表示，該系統是對之前無線充電系統嘗試的重大改進，該系統使用潛在有害的微波輻射或需要將裝置放置在專用充電板上。相反，它使用房間牆壁上的導電錶面和導電杆來產生磁場。

裝置利用線圈利用磁場，可以將其整合到手機等電子產品中。研究人員表示，該系統可以輕鬆擴充套件到工廠或倉庫等更大的結構，同時仍滿足現有的電磁場暴露安全準則。

“像這樣的東西在新建築中最容易實施，但我認為改造也是可能的，”東京大學研究員、該研究的通訊作者 Takuya Sasatani 說。“例如，一些商業建築已經有了金屬支撐杆，應該可以將導電錶面噴塗到牆壁上，這可能類似於紋理天花板的製作方式。”

Sample 說，使該系統工作的一個關鍵是建立一個共振結構，該結構可以提供一個房間大小的磁場，同時限制有害的電場，這可以加熱生物組織。

該團隊的解決方案使用了稱為集總電容器的裝置。放置在壁腔中，它們會產生一個在房間內產生共振的磁場，同時將電場捕獲在電容器內部。這克服了以前無線電力系統的侷限性，這些系統僅限於在幾毫米內提供大量電力或在長距離內提供非常少量的電力。

第二個障礙是如何產生到達房間每個角落的磁場——磁場往往以圓形模式傳播，在方形房間中產生死角。此外，接收器需要以特定方式與場對齊以獲取功率。

“用線圈在空中汲取能量就像用網捕捉蝴蝶一樣，”Sample 說。“訣竅是讓儘可能多的蝴蝶在房間裡儘可能多的方向旋轉。這樣，無論你的網在哪裡或指向哪個方向，你都會捕捉到蝴蝶。”

為了實現這一點，系統會生成兩個獨立的 3D 磁場。一個圍繞房間的中心杆繞一圈，而另一個在角落裡旋轉，在相鄰的牆壁之間穿行。這種方法消除了死點，使裝置能夠從空間的任何地方汲取電力。

對解剖學假人的測試表明，該系統可以向房間內的任何位置提供至少 50 瓦的功率，而不會超出 FCC 電磁能量暴露準則。然而，Sample 表示，隨著系統的進一步改進，有可能提供更高水平的功率。

研究人員指出，該系統在商業或住宅環境中的實施可能需要數年時間。他們目前正致力於在 UM 校園的一棟建築中測試該系統。他們將在一系列使用標準施工技術的房間中將其實施為改造和新建築，完工日期定於今年秋季。

該團隊還包括東京大學電氣工程和資訊系統教授 Yoshihiro Kawahara。該研究得到了日本科學技術振興機構和日本科學振興會的支援。

- 本新聞稿最初發表在密歇根大學網站上