SciAm 50:无线未来的连接

通过空气传输电力,斩断最后一根线

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尽管笔记本电脑、手机和其他小工具为我们提供了非凡的移动性,但我们只能在电池续航时间内不受束缚地漫游。麻省理工学院的光子学研究员马林·索尔贾希奇希望通过无线电力或 WiTricity 来消除这种束缚。

索尔贾希奇从天花板上悬挂了一个直径 0.6 米(两英尺)的铜线圈,然后在约 2.1 米(七英尺)外悬挂了另一个线圈,并从其上悬挂了一个 60 瓦的灯泡。当他将第一个线圈插入电源时,第二个线圈上的灯泡亮了起来。第一个线圈中的电流建立了一个磁场,从而在第二个线圈中感应出电流。

许多电机都利用了这种效应,但通常感应仅在几毫米的间隙内有效,并且随着距离的增加而迅速衰减。索尔贾希奇将他的线圈调谐到共振状态,从而允许在一定距离上进行高效的能量交换。他的系统的未来应用可能使笔记本电脑和手机在配备共振发射器的房间内充电。


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人类摆脱束缚的冲动由来已久。苹果公司发布 iPhone 作为终极无线界面,人们排队花 600 美元购买它。这款手持设备结合了先进手机和最新 iPod 的所有功能,从而使用户可以在自由漫游的同时拨打电话、访问网络、发送短信和电子邮件、拍照、听音乐和观看视频。尽管一些早期的手机也提供了许多这些功能,但 iPhone 的全尺寸“多点触控”屏幕为客户提供了更大的灵活性,包括使用标准键盘进行消息传递、YouTube 视频流和语音邮件的可视列表——更不用说访问 iTunes,迄今为止占主导地位的在线音乐来源。

无线传感器也获得了灵活性。它们被缩小到米粒或灰尘大小,可以监视化学和生物武器,或检查土壤中的水分含量。它们已经在改变人们监测世界的方式。然而,一个主要的障碍是如何知道这种随机分布的传感器网络是否存在覆盖范围的空白,或者传感器的范围是否重叠,从而浪费它们可能携带的宝贵电力。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的数学家罗伯特·格里斯特和波莫纳学院的数学教授文·德席尔瓦利用数学同调科学来回答这两个问题。同调分析形状内的点、线和几何排列。通过将传感器视为点,将传感器对视为边,并将边的集合视为形状,格里斯特和德席尔瓦设计了可以判断撒布的传感器网络是否重叠或留下空白的算法。

格里斯特和德席尔瓦算法的优势在于,他们只需要知道哪些传感器在彼此的范围内,而不需要知道每个传感器的实际位置;它们消除了对昂贵的全球定位电路或电路的手动映射的需求。了解空白和重叠的位置后,网络运营商可以提高某些传感器的功率或战略性地添加新的传感器来填补空白点。
—马克·费斯切蒂

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