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无线供电有可能像 wifi 一样普及吗？图片来源：DragonRiderNetwork 2017年6月15日发表于 Nature 的一篇论文或将开启无线供电的新时代。斯坦福大学范汕洄课题组开发了可以在一定范围内为移动目标稳定无线供电方式，该研究在电子产品、植入式医疗设备、电动汽车等领域具有十分广阔的前景。 撰文 | 朱梦轩 张士超 智能手机等电子设备在给人们生活带来极大便利的同时，也带来了充电的问题。当你陷入电量耗竭的焦虑时，是否希望手机能像连接 Wifi 一样随时随地“无线充电”呢？ 事实上，无线供电领域研究距上一次取得突破已有十年之久。麻省理工学院研究人员曾实现以40%的效率向两米之外的固定目标供电，相关研究2007年6月发表于 Science。但是，小到智能手机，大到电动汽车，在使用中改变位置是不可避免的，这一问题极大制约了无线供电技术的发展。 最近，一篇题为 “Robust Wireless Power Transfer Using A Nonlinear Parity–Time-Symmetric Circuit ”的 Nature 论文或将开启无线供电的新时代。新研究的亮点在于利用宇称-时间对称性实现了对移动目标的稳定无线供电，接收电能的设备在约1米的范围内移动时，供电效率几乎不受影响。论文通讯作者、斯坦福大学教授范汕洄在接受科研圈记者采访时表示，如能够在发射端使用特制放大器，“稳定供电区”还可以进一步扩大。 无线供电：历史与现状 人类研发无线供电技术的历史可以追溯到上世纪初。1901年，传奇科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）曾在纽约长岛建造了沃登克里弗塔（Wardenclyffe Tower，又名特斯拉塔），意图通过大气电离层实现全球无线供电。这一异想天开的计划最终因缺乏资金支持而夭折。 基于电磁感应原理的现代无线供电技术已问世多年，为智能手机、无线鼠标、智能手表无线充电的设备已初步产品化。然而目前的无线供电产品仅仅是省掉了充电线，充电时仍须将电子设备置于供电板上，灵活性并无太大提高。加之效率较低，无线供电器尚未被消费者广泛接受。 目前的无线充电器对充电便利度提高有限。图片来源：electronicsforu.com 现有的无线供电装置中，电能通过波源产生无线电波，以激发发射线圈。当接收线圈靠近发射线圈时，这两个线圈就如同一条电路一样，均匀分配电磁能。随后整流器将接收线圈中的电能传递给用电的设备。这种方法中，能量的转移效率仅仅在线圈分开到一定距离时达到最高，而两线圈的相对位置和角度发生变化时，供电效率会锐减。对固定目标供电时，这并不是问题。但如果供电对象移动位置（如携带手机走动、电动汽车行驶），就很难保持效率了。 （图片可点击放大） （a）传统无线供电装置先产生电磁波激发发射线圈，再输送电能到接收线圈。（b）该研究利用电压放大器和反馈电阻直接在发射线圈产生可自动调节的电磁波。图片来源：Nature News & Views 量子力学助力技术突破 在范汕洄课题组改进的方法中，产生电磁波的波源被一个放大器所替代，利用量子力学中的宇称-时间对称性（PT-对称），新系统的发射线圈产生可自动调节的电磁波，在间距70公分的范围内都能达到最大的能量转移效率。 论文作者演示为移动目标无线供电。视频来源：Stanford Precourt Institute for Energy |
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