無(wú)線充電：線圈反擊戰(zhàn)

按照無(wú)人機(jī)目前發(fā)展的熱火趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)不管是送包裹，還是看農(nóng)場(chǎng)、抓犯人，這種體型小巧靈活的飛行器似乎都能夠勝任。不過(guò)這家伙也并非沒有缺點(diǎn)，其中最惱人的莫過(guò)于電池續(xù)航不足的問題。目前大部分市面在售的無(wú)人機(jī)，單次充電在空中停留的時(shí)間不超過(guò)30分鐘，之后便需要更換電池或連接電源充電。

DHL用無(wú)人機(jī)運(yùn)送包裹

不過(guò)，華盛頓大學(xué)的一名計(jì)算機(jī)學(xué)家Joshua Smith試圖改變無(wú)人機(jī)所處的這一尷尬境地。今年五月，Joshua自己的Wibotic公司掛牌成立，意在解決包括無(wú)人機(jī)、地面機(jī)器人在內(nèi)的自動(dòng)化產(chǎn)品的充電難題。他希望摒棄物理連接的方式，當(dāng)機(jī)器人或無(wú)人機(jī)電量低時(shí)，在靠近充電設(shè)備半米左右的范圍內(nèi)即可完成電能補(bǔ)給；而一家同樣來(lái)自西雅圖的初創(chuàng)公司LaserMotive更是野心勃勃。目前該公司正在開發(fā)的一套系統(tǒng)，它能夠利用激光和光伏電池，為飛行中的無(wú)人機(jī)進(jìn)行充電。

其實(shí)，將電能通過(guò)無(wú)線方式傳輸?shù)南敕?，在一個(gè)多世紀(jì)前就有了。1893年，作為工業(yè)級(jí)電力應(yīng)用倡導(dǎo)者之一的尼古拉·特斯拉，在當(dāng)年芝加哥舉行的哥倫布紀(jì)念博覽會(huì)上，就曾展示過(guò)「隔屋點(diǎn)燈」的“絕技”。不過(guò)這種「點(diǎn)燈泡」的小伎倆和特斯拉懷揣已久的野心相比，似乎根本不值得一提。按照他的想法，未來(lái)利用高塔和氣球進(jìn)行“廣播”，即可將電力輸送到世界各地，甚至特斯拉還為第一次試驗(yàn)成功申請(qǐng)到了摩根大通的投資。

尼古拉·特斯拉

不過(guò)遺憾的是，和當(dāng)時(shí)大部分物理學(xué)家預(yù)測(cè)的一樣，特斯拉「無(wú)線輸電」的試驗(yàn)最終以失敗告終。盡管特斯拉的偏執(zhí)與愛出風(fēng)頭曾一度被人詬病，但不可否認(rèn)的是，一些能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程電能傳輸?shù)目孔V方式，目前正越來(lái)越受到關(guān)注。例如，特斯拉率先嘗試的無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)在手機(jī)上得以實(shí)現(xiàn)，而研究人員甚至正在開發(fā)類似的無(wú)線供電的廚電家居，抬頭顯示器等軍用裝備，心臟泵、腦電圖等醫(yī)療器械。據(jù)市場(chǎng)知名調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS估計(jì)，目前每年此類設(shè)備的銷售額在5億美元左右，未來(lái)10年內(nèi)，該數(shù)值將實(shí)現(xiàn)30倍的增長(zhǎng)。

標(biāo)準(zhǔn)問題

拋開LaserMotive公司之前提到的「激光發(fā)電」不談，目前主流無(wú)線充電技術(shù)背后都藏著一個(gè)最基本的物理原理——感應(yīng)。通過(guò)初級(jí)線圈的交流電產(chǎn)生振動(dòng)感應(yīng)磁場(chǎng)，處于該磁場(chǎng)中，靠近初級(jí)的次級(jí)線圈中隨之產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果兩個(gè)線圈彼此貼近，同時(shí)保證電線纏繞方向一致，那么電磁感應(yīng)的過(guò)程幾乎不會(huì)丟失任何能量；但假設(shè)將兩個(gè)線圈僅僅分開幾毫米，或任意擺動(dòng)其中一個(gè)線圈，電能傳輸效率隨即大幅下降。

耦合感應(yīng)原理

目前市面上所有的電動(dòng)牙刷產(chǎn)品，均采用了上面提到的這種耦合感應(yīng)式無(wú)線充電技術(shù)。但如果要在無(wú)人機(jī)上使用的話，這意味著飛行器需要長(zhǎng)時(shí)懸停在充電設(shè)備上方的固定位置，顯然并不太切實(shí)際。

Wibotic提供的解決方案是：將能量發(fā)送裝置和能量接收裝置中電路的振動(dòng)頻率調(diào)成一致，或使其在特定的頻率上產(chǎn)生共振，即可實(shí)現(xiàn)電能高效傳輸。這種感應(yīng)方式允許能量發(fā)送/接收雙方的距離保持在線圈直徑左右，除能為無(wú)人機(jī)充電外，根據(jù)此原理打造的充電設(shè)備既可以做成碗型，也能夠嵌入桌面下方，為智能手表、筆記本電腦等產(chǎn)品供能。

和電磁感應(yīng)一樣，通過(guò)磁場(chǎng)共振產(chǎn)生電流的想法，特斯拉在1893年的展示中就曾實(shí)踐過(guò)。但為了能在特定距離產(chǎn)生感應(yīng)電流，整套系統(tǒng)進(jìn)行了特別優(yōu)化。但演化至今的共振感應(yīng)技術(shù)能夠隨著情況的變化，自動(dòng)更改其內(nèi)部電路的電氣化特征。因此，Wibotic方面表示，即使出現(xiàn)無(wú)人機(jī)劇烈搖晃或大風(fēng)天氣，也不影響系統(tǒng)的充電效率。飛利浦此前曾展示了一款具備無(wú)線充電功能的料理機(jī)，它依靠嵌入廚房灶臺(tái)的線圈供能，絲毫不會(huì)受到潑濺汁水、污垢等影響。

不管無(wú)線充電技術(shù)是否能如大劉在《三體》中描繪的那般高度發(fā)達(dá)，但至少建立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)必不可少。但自1890年無(wú)線充電技術(shù)初露端倪開始，以傾向于使用交流電的特斯拉和推崇直流電的愛迪生為首的兩派學(xué)者爭(zhēng)執(zhí)不休，針對(duì)居民消費(fèi)產(chǎn)品，迄今為止共衍生出三種主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

[1] Qi是全球首個(gè)推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的組織--無(wú)線充電聯(lián)盟WPC推出的“無(wú)線充電”標(biāo)準(zhǔn)。WPC成員中有將近200家科技公司，該標(biāo)準(zhǔn)允許無(wú)線充電設(shè)備的最大輸出功率不超過(guò)5W，一般多為手機(jī)廠商所用。目前共有12款汽車提供符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電設(shè)備，而共計(jì)80種不同型號(hào)的智能手機(jī)均可適配。此外，宜家出售的部分型號(hào)的組合式書桌以及床頭燈內(nèi)置了Qi標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電器。

[2] 由Power Matters Alliance推出的PMA標(biāo)準(zhǔn)，是Qi的直接競(jìng)爭(zhēng)者，主攻快餐市場(chǎng)。目前全美幾百家麥當(dāng)勞和星巴克連鎖店中都已經(jīng)開始向消費(fèi)者提供符合PMA標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電器；

[3] 無(wú)線充電聯(lián)盟A4WP推出Rezence標(biāo)準(zhǔn)。它允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)充電，而且在設(shè)備的位置與角度上較具彈性，其充電能力與時(shí)間也較符合消費(fèi)者期待，最高傳輸功率不超過(guò)50W。盡管目前還沒有適配Rezence標(biāo)準(zhǔn)的電子產(chǎn)品問世，但英特爾表示將在為平板和筆記本電腦研發(fā)的下一代微型處理器芯片上集成這一技術(shù)，最早明年將會(huì)有大量新產(chǎn)品問世。

今年6月初，PMA和A4WP正式宣布合并，未來(lái)將致力整合磁共振和磁感應(yīng)技術(shù)，打造更加統(tǒng)一的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)，顯然WPC聯(lián)盟的Qi標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)受到嚴(yán)重沖擊。不過(guò)另類的蘋果公司今年推出的Apple Watch智能手表，它使用的無(wú)線充電設(shè)備屬于「自立門派」，并不符合市面上的任一標(biāo)準(zhǔn)。

一向另類的蘋果，這次又帶來(lái)了自己的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)

不過(guò)對(duì)普通消費(fèi)者而言，無(wú)線充電技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)實(shí)則「利大于弊」，因?yàn)槟軌蜻m配兩種甚至多重標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)和其他電子產(chǎn)品勢(shì)必將成為市場(chǎng)主流。

Alex Gruzen，無(wú)線充電設(shè)備公司W(wǎng)iTricity（A4WP聯(lián)盟發(fā)起者之一）創(chuàng)始人，認(rèn)為孰勝孰負(fù)并不關(guān)鍵，英特爾的加入將會(huì)對(duì)整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生積極影響。Alex表示，2003年，當(dāng)英特爾決定將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能集成至自家的處理器產(chǎn)品上時(shí)，誰(shuí)都沒有料到一場(chǎng)關(guān)于「Wi-Fi」的革命就此打響。所以，無(wú)線充電技術(shù)目前也正處于同樣的變革期，未來(lái)一切皆有可能。

特斯拉的例外

隨著無(wú)線充電技術(shù)在消費(fèi)電子領(lǐng)域日漸崛起，汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)的關(guān)注度也在逐步攀高，而電動(dòng)汽車的走俏也為無(wú)線充電技術(shù)開辟了新的市場(chǎng)商機(jī)。不過(guò)做事歷來(lái)謹(jǐn)慎的車企并不希望陷入類似的「標(biāo)準(zhǔn)大戰(zhàn)」中，因此汽車工程師協(xié)會(huì)SAE，在詳細(xì)咨詢了汽車制造商、無(wú)線充電技術(shù)公司以及電力供應(yīng)商之后，確立了未來(lái)汽車無(wú)線充電服務(wù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即輸出功率≤20kW，運(yùn)行頻率85kHz。

第一批搭載符合該標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線充電器的車型預(yù)計(jì)將于2017或2018年面世。但有意思的是，以物理學(xué)家「特斯拉」命名的Tesla Motors卻似乎對(duì)無(wú)線充電技術(shù)并不感冒，特別是CEO伊隆·馬斯克認(rèn)為無(wú)線充電技術(shù)和超級(jí)充電站相比，前者屬于一種“低效且低能”的充電方式，但后者不僅最大輸出功率是前者的6倍，同時(shí)已經(jīng)在全球上千個(gè)地區(qū)扎根。

自帶無(wú)線充電功能的馬路

不過(guò)無(wú)論是插電還是無(wú)線，固定的電動(dòng)汽車充電站依然滿足不了某些公司的野心。近日，高通聯(lián)合德國(guó)車企戴姆勒意在革新傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的充電方式，它甚至希望未來(lái)能將無(wú)線充電器和公路整合一體。如此一來(lái)，掌握了該技術(shù)的汽車主機(jī)廠顯然會(huì)將大部分競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手甩在腦后，因?yàn)樽鳛殡妱?dòng)汽車最昂貴的零部件，鋰電池續(xù)航的多少會(huì)直接影響到車型的銷量。目前，在韓國(guó)、意大利、英國(guó)和美國(guó)加州的部分地區(qū)，已經(jīng)有很多電動(dòng)巴士能夠通過(guò)埋在地下的無(wú)線充電設(shè)備進(jìn)行能量補(bǔ)給。

小結(jié)：

無(wú)線充電技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，不僅能夠改變消費(fèi)電子產(chǎn)品的迭代模式，同時(shí)對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)的影響也是前所未有的。一旦車企將車載電池的容量削減一半，在不影響續(xù)航的情況下卻節(jié)省了上萬(wàn)美金的成本開支，于消費(fèi)者而言也是十分有利的，甚至可能會(huì)催生出全新的汽車購(gòu)買/租賃模式。

盡管特斯拉未能實(shí)現(xiàn)在各大陸之間通過(guò)廣播傳輸電能的夙愿，但他的這點(diǎn)「小伎倆」卻可能會(huì)對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的作用：無(wú)線充電技術(shù)的成熟帶動(dòng)了電動(dòng)汽車的良性發(fā)展，而這恰恰意味著更新鮮的空氣和更宜居的生存環(huán)境。