無線充電:老古董要做小鮮肉(上)
- 發佈時間:2015-08-03 02:19:24 來源:科技日報 責任編輯:羅伯特
《經濟學人》的這篇文章,提出一個問題:技術的發展,已經幫人類“剪掉”了數據線,那能否“消滅”電線呢?
無人機等機器人技術,正從科幻概念,一步步走入我們的生活。然而,它依然要受制於人類技術領域最大的短板之一——電池問題。任憑怎樣高端厲害的一架無人機,或者風馳電掣的特斯拉電動車,時間一到落到主人手裏,就都得乖乖更換電池或者充電。
對於這一缺陷,西雅圖華盛頓大學的電腦專家喬舒亞·史密斯決心為此做些什麼。他選擇的方法便是無線充電。今年5月,喬舒亞成立了一家名為Wibotic的公司,目標定位為幫助無人機及其他機器人擺脫物理充電線的束縛。喬舒亞希望自己的技能,能夠讓今後的機器人在電池缺電時,只需主動移動到充電站附近半米以內,就可以迅速補充能量。相對於Wibotic,另一家西雅圖的公司“鐳射動力”顯然要激進得多。他們認為無人機根本無需回到地面,利用鐳射和光伏技術在空中就可以完成充電。
其實,無線充電的前景如此引人入勝,自身卻並非什麼“小鮮肉”,而是地地道道的一枚“老古董”。早在1893年的哥倫比亞博覽會上,天才尼古拉·特斯拉就曾經當眾演示過如何隔著一個房間的距離,點亮一枚電燈泡。不過,這點小把戲與特斯拉那些巨大的奇思妙想相比,根本不值一提。他曾宣稱,借助一個由鐵塔和氣球組成的系統,他可以將電力傳輸到全世界。這個念頭在當時是如此“吊炸天”,甚至連J.P·摩根都願意掏錢資助他一試。
最終,正如同時期其他物理學家所預料的那樣,這位好科學家,同時更像是個“瘋子”的特斯拉失敗了。但他所設想的遠端充電,卻在後世重新得到了關注。當然,與特斯拉“全球輸電”的偉大理想相比,今天我們的實踐範圍要“謙卑”得多:手機、廚具、頭盔顯示儀、人工心臟或腦電波的檢測儀等等。但其市場前景卻頗為廣闊:根據著名諮詢公司IHS的預測,以上這些“玩意兒”目前每年5億美元的市場規模,十年後將翻上30倍!
與鐳射不同,當前大多數無線充電的原理,都是基於電磁感應。當一股交流電通過一個纏繞的線圈時,會産生一個振蕩磁場。這個磁場又會感應到第二個臨近線圈裏的交流電。如果這兩個線圈足夠靠近並且放置於同一方向,那麼幾乎所有的電能都將得到轉移。分開幾毫米或者晃動它們,電流的傳輸效率便會大幅下降。
這種電感耦合系統,非常適用於電動牙刷之類小電器的充電。但用在無人機,尤其還要求盤旋在充電站之上充電,就差得太遠。 Wibotic的解決方法,是在發射和接收線圈間使用調諧電路。當這種電路被調節到相同的諧振頻率時,它們將更加高效的交換能量。這種模式可以讓電能線上圈的直徑範圍內甚至更遠的距離進行傳輸,不僅能完成為無人機充電之類的任務,其充電設備還可製成碗狀以便給智慧手錶充電,甚至與工作臺整合而完全無形。
當然,諧振感應與電磁感應一樣,都不是什麼新近的發現。特斯拉在維多利亞時代所做的許多演示便是應用了這一原理,但只能限于一定的距離之內。而當代的諧振電路,已經能夠讓機器人在飛行中完成充電。Wibotic甚至宣稱自己的無線充電設備,已經可以應付無人機飛行狀態不穩定的情況,比如大風天氣下。此外,如今的無線充電技術還能夠將設備製作得密封防水、防壓。飛利浦公司就展示過一台無線食品加工機,它依靠放置櫃檯裏的充電設備進行供電。
無線充電技術的大發展已經成為共識,而這卻引起了一場紛爭:標準。
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