日本東京大學和美國密歇根大學的團隊研究了一項新技術，可以對房間內任何地方的小型電子設備進行無線充電。該方法或可用于建造小型充電柜、無線充電房間，甚至建造工廠，其中設備無需電線即可充電。

該研究論文于北京時間8月30日23時發表在國際知名學術期刊《自然-電子學》上，論文標題為《Room-scale magnetoquasistatic wireless power transfer using a cavity-based multimode resonator》（房間尺度的使用腔基多模諧振器的磁準靜態場無線電能傳輸），通訊作者為東京大學特任助教笹谷拓也。

電子設備已經廣泛應用于工業生產和人們生活，這些設備主要由電線充電或一次性電池供電，需要手動操作并可能對環境產生不利影響。無線電能傳輸技術能夠安全地給分散在空間中的眾多設備供電，有助于解除電線的束縛。

無線電能傳輸技術的研究始于19世紀80年代。上世紀60年代，美國Brown等進行了大量無線電能傳輸研究，奠定了實驗基礎。2007年，MIT的科學家利用磁耦合諧振原理實現中距離的無線電能傳輸，在2m多的距離內將一個60W的燈泡點亮，傳輸效率達到40%左右。

目前，無線電能傳輸技術可用于小電子產品，如智能手機、電動牙刷等。但目前的系統需要這些設備保持靜態，并與充電座或充電板的距離保持在數厘米內。

此項工作中，笹谷拓也等人開發了一種技術，利用墻內導電表面上多向的分散電流，把房間轉變成無線電能傳輸系統。該技術被稱為多模準靜態腔諧振器（multimode quasistatic cavity resonance），會在整個房間（3 m×3 m×2 m）內產生三維磁場，能有效地結合電子設備（如智能手機、燈泡或電扇）上的小型接收線圈。

多模準靜態腔諧振器  論文插圖

接收線圈需要處于相對磁場的正確角度才能實現最大效率，但房間各處以及設備在移動中的能量傳輸效率仍可達到超過37.1%。作者認為，這一方法相比過去的手段（例如現有基于線圈的發射器）提供了更大的靈活性。

“我們的方法支持大容量內的數十瓦功率傳輸。此外，它在系統維度上提供了靈活性，并且不受空間中日常物品的顯著影響。由于這些特性，此技術有很多潛在應用。” 笹谷拓也對澎湃新聞（www.usamodel.cn)記者表示，潛在應用比如充電柜、無線供電室和無線供電工廠。

構建的房間尺度諧振器  論文插圖

論文中，他們展示了生活環境中有普通家具的無線供電室，作為此類應用的一個實例。在無線供電室內，臺燈、風扇和智能手機可以進行無線充電。模擬還表明，房間級諧振器可以安全地向小至1/5000功率范圍的設備提供超過 50W的功率。

生活環境中房間尺度的無線電能傳輸  論文插圖

研究人員也探索了該系統的安全性，尤其是在運行中有多少能量可能被生物組織吸收，發現他們的結果符合聯邦通信委員會和電氣與電子工程師學會制定的標準。（所用頻率范圍內電磁場暴露的主要健康影響是溫度升高和電刺激。因此，相關標準基于生物組織吸收的電輻射能量和內部電場這兩種健康效應相關的物理量。）

研究者稱，鑒于系統層面的靈活性和對外部物體干擾的魯棒性，預計他們安全無線電能傳輸技術能在工業和個人生活空間里為電子設備供電方面提供廣泛的應用。

“我們計劃解決的一個挑戰是實際的系統部署，因為我們自己從頭開始構建它很困難。因此，我們將探索使用標準構建技術來構建這些系統的方法。”笹谷拓也表示，“我們也會探索進一步改進系統性能。”

提及未來無線電能傳輸的發展，笹谷拓也表示，“現在研究社區（包括我們）有許多技術可用，我認為這些技術將隨著特定應用的出現一起發展。新應用對技術的需求將會激發其他基礎研究。”