如果你的智能手机或笔记本电脑在你走进门的那一刻就开始充电，会怎么样？研究人员开发了一个专门建造的房间，可以向其中的各种电子设备传输能量，无需插头或电池即可为手机充电并为家用电器供电。
东京大学工学研究科的项目助理教授、本周发表在《自然电子学》杂志上的这项新研究的主要作者佐谷拓哉说，该系统“实现了在大型空间内安全且高功率的无线电力传输”。这个房间依赖于与短程无线手机充电器相同的现象：放置在磁场中的金属线圈会产生电流。
现有的商业充电底座使用墙壁插座的电力在小范围内产生磁场。大多数最新的智能手机都配备了金属线圈，当将这种型号放在底座上时，相互作用会产生足够的电流为手机电池供电。但是，今天的商业产品的范围非常有限。如果你将手机从底座上抬起，或者将其包裹在太厚的保护壳中，无线电力传输就会停止。但是，如果磁场充满整个房间，那么房间内的任何手机都可以获得无线电力。
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华盛顿大学计算机科学与电气工程教授 Joshua Smith 说：“拥有一个房间，各种设备都可以在任何地方接收电力，这种前景真的非常引人注目和令人兴奋。”他没有参与这项新研究。“而这篇论文朝着实现这一目标又迈进了一步。”
图片来源：佐谷拓哉等人，《自然电子学》
在这项研究中，研究人员描述了一个定制的测试房间，大约 18 立方米（大致相当于一个小货运集装箱），佐谷拓哉用导电铝板建造，中间有一根金属杆。研究小组为房间配备了无线供电的灯和风扇，以及更普通的物品，包括椅子、桌子和书架。当研究人员以设定的模式在墙壁和杆中通电时，它会在空间内产生三维磁场。事实上，他们将装置设计为产生两个独立的场：一个充满房间中心，另一个覆盖角落，从而允许空间内的任何设备充电而不会遇到盲点。
通过进行模拟和测量，佐谷拓哉和他的合作者发现，他们的方法可以在整个房间内提供 50 瓦的功率，启动他们测试的所有配备接收线圈的设备：智能手机、灯泡和风扇。然而，一些能量在传输过程中损失了。传输效率从最低的 37.1% 到最高的约 90% 不等，具体取决于房间内特定点的磁场强度以及设备的朝向。
如果不采取预防措施，让电流通过房间的金属墙壁通常会使其充满两种类型的波：电波和磁波。这带来了问题，因为电场会在生物组织中产生热量，并对人类构成危险。因此，研究小组在墙壁中嵌入了电容器，这是一种储存电能的设备。佐谷拓哉解释说：“它将安全磁场限制在房间体积内，同时将危险部件限制在嵌入墙壁的所有组件内部。”
研究人员还通过运行计算机模拟来测试房间的安全性，测量人体在通电房间的数字模型中会接触到什么。诸如联邦通信委员会之类的机构已经制定了人体可以安全暴露于多少电磁辐射的标准，模拟表明，测试房间中的能量吸收将远低于可接受的限值。密歇根大学电气工程与计算机科学系副教授、研究合著者 Alanson Sample 说：“我们并不是笼统地说这项技术在所有用途下都是安全的——我们仍在探索。”“但这给了我们一些信心……我们仍有很大的空间可以远低于功率阈值，在那里我们可以像走进房间一样轻松地为手机充电，而无需担心那些安全问题。”
除了手机，Sample 建议，专用的无线充电室将允许各种电子设备——传感器、移动机器人甚至医疗植入物——在后台运行，无需有线连接即可自行充电，并让人类在很大程度上忽略它们。该技术还可以应用于更专业的情况。Smith 说：“我可以想象这对于高度仪器化的昂贵空间非常有用，例如，手术室，在那里你可以想象各种仪器和设备都能够供电，而无需电线。”
但是这些应用在未来还很遥远。Sample 说：“在你的墙壁上铺满铝板太麻烦了——这种好处目前还没有意义。”“我们刚刚开发了一种全新的技术。现在我们必须弄清楚如何使其变得实用。”他计划继续研究是否可以用导电材料涂覆现有房间，或者建造包含导电层的专用墙壁，从而能够建造符合建筑规范的无线充电房间。与此同时，佐谷拓哉希望提高房间内电力传输的效率，并消除充电无法到达的任何残留点。
无线充电是一个竞争极其激烈的概念，多家初创公司竞相通过电磁、激光或声波传输电力。Smith 说：“很多人对波束成形类型的方法感兴趣，在这些方法中，你实际上会产生一个传播的无线电波并将其引导到周围。”“本文中方法的优势在于，这些场主要以磁场为主，与实际传输传播的无线电波相比，磁场更安全，并且在相同的安全水平下允许更高的功率，在传播的无线电波中，你具有大致相等的电场和磁场。”另一方面，他指出，充电波束不需要定制的金属房间，中间有一根杆子。每种技术可能都有其自身的用途。
Sample 说：“还有其他充电机制更远场，可以给你更远的范围。”“但实际上没有一种机制可以在空间中的任何地方给你提供比如 10 瓦的功率。”