连接通向无限未来的桥梁

通过空气传输电力,剪断最后一根电线

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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自由漫游。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输电或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为0.6米(两英尺)的铜线圈,然后在约2.1米(七英尺)远的地方悬挂了另一个线圈,并从中垂下了一个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,该磁场在第二个线圈中感应出电流。

许多电机都利用了这种效应,但通常感应只能在几毫米的间隙中工作,并且随着距离的增加而迅速衰减。索尔贾希奇调整了他的线圈以产生共振,从而实现了在一定距离上的高效能量交换。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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人类剪断电线的冲动由来已久。苹果发布了iPhone作为终极无线界面,人们排队支付600美元购买它。这款手持设备结合了先进移动电话和最新iPod的所有功能,从而使用户可以自由漫步,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。尽管早期的某些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视频流和可视化语音邮件列表——更不用说访问iTunes了,iTunes是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的大小,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控世界的方式。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在覆盖范围上留有空白,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。

罗伯特·格里斯特,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的数学家,以及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洒布的传感器网络是否重叠或留有空白的算法。

格里斯特和德·席尔瓦的算法的优点在于,它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手动电路映射的需求。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,或战略性地添加新传感器以填补空白点。

马克·费斯切蒂《大众科学》担任高级编辑已有17年,报道了可持续发展问题,包括气候、天气、环境、能源、食物、水、生物多样性、人口等等。他分配和编辑记者和科学家的专题文章、评论和新闻,也以这些形式撰写文章。他编辑“历史”栏目,该杂志的部门回顾整个时代的科学进步。他是两本衍生杂志的创始执行编辑:《大众科学心灵》《大众科学地球3.0》。他2001年为该杂志撰写的自由撰稿文章《淹没新奥尔良》预测了像卡特里娜飓风这样的风暴将给该市带来的广泛灾难。他的视频你死后身体会发生什么?在YouTube上的观看次数超过1200万次。费斯切蒂曾为《纽约时报》、《体育画报》、《史密森尼》、《技术评论》、《快公司》和许多其他刊物撰写自由撰稿文章。他与万维网的发明者蒂姆·伯纳斯-李合著了《编织网络》一书,该书讲述了万维网如何创建的真实故事。他还与微生物学家埃莉诺·列维合著了《新型致命疾病》。费斯切蒂曾任《IEEE Spectrum Magazine》《Family Business Magazine》的执行编辑。他拥有物理学学位,并曾两次担任路易斯安那州百年学院的阿塔韦公民文化研究员,该学院授予他荣誉博士学位。2021年,他获得了美国地球物理联合会的罗伯特·C·考恩科学新闻持续成就奖,该奖项旨在表彰其在地球和空间科学领域的杰出报道职业生涯。他曾出现在NBC的《与新闻界见面》、CNN、历史频道、NPR新闻和许多新闻广播电台中。在X(前身为Twitter)上关注费斯切蒂@markfischetti

更多作者:马克·费斯切蒂
大众科学杂志 第298卷 第1期这篇文章最初以“连接通向无限未来的桥梁”为标题发表在《大众科学》杂志 第298卷 第1期 (), p. 44
doi:10.1038/scientificamerican0108-44a
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