無線充電打響線圈反擊戰(zhàn)

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

DHL用無人機運送包裹

不過，華盛頓大學的一名計算機學家Joshua Smith試圖改變無人機所處的這一尷尬境地。今年五月，Joshua自己的Wibotic公司掛牌成立，意在解決包括無人機、地面機器人在內的自動化產品的充電難題。他希望摒棄物理連接的方式，當機器人或無人機電量低時，在靠近充電設備半米左右的范圍內即可完成電能補給;而一家同樣來自西雅圖的初創(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，為飛行中的無人機進行充電。

其實，將電能通過無線方式傳輸?shù)南敕?，在一個多世紀前就有了。1893年，作為工業(yè)級電力應用倡導者之一的尼古拉·特斯拉，在當年芝加哥舉行的哥倫布紀念博覽會上，就曾展示過「隔屋點燈」的“絕技”。不過這種「點燈泡」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，未來利用高塔和氣球進行“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成功申請到了摩根大通的投資。

尼古拉·特斯拉

不過遺憾的是，和當時大部分物理學家預測的一樣，特斯拉「無線輸電」的試驗最終以失敗告終。盡管特斯拉的偏執(zhí)與愛出風頭曾一度被人詬病，但不可否認的是，一些能夠實現(xiàn)遠程電能傳輸?shù)目孔V方式，目前正越來越受到關注。例如，特斯拉率先嘗試的無線充電技術已經(jīng)在手機上得以實現(xiàn)，而研究人員甚至正在開發(fā)類似的無線供電的廚電家居，抬頭顯示器等軍用裝備，心臟泵、腦電圖等醫(yī)療器械。據(jù)市場知名調研機構IHS估計，目前每年此類設備的銷售額在5億美元左右，未來10 年內，該數(shù)值將實現(xiàn)30倍的增長。

標準問題

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

耦合感應原理

目前市面上所有的電動牙刷產品，均采用了上面提到的這種耦合感應式無線充電技術。但如果要在無人機上使用的話，這意味著飛行器需要長時懸停在充電設備上方的固定位置，顯然并不太切實際。

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頻率調成一致，或使其在特定的頻率上產生共振，即可實現(xiàn)電能高效傳輸。這種感應方式允許能量發(fā)送/接收雙方的距離保持在線圈直徑左右，除能為無人機充電外，根據(jù)此原理打造的充電設備既可以做成碗型，也能夠嵌入桌面下方，為智能手表、筆記本電腦等產品供能。

和電磁感應一樣，通過磁場共振產生電流的想法，特斯拉在1893年的展示中就曾實踐過。但為了能在特定距離產生感應電流，整套系統(tǒng)進行了特別優(yōu)化。但演化至今的共振感應技術能夠隨著情況的變化，自動更改其內部電路的電氣化特征。因此，Wibotic方面表示，即使出現(xiàn)無人機劇烈搖晃或大風天氣，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線充電功能的料理機，它依靠嵌入廚房灶臺的線圈供能，絲毫不會受到潑濺汁水、污垢等影響。

不管無線充電技術是否能如大劉在《三體》中描繪的那般高度發(fā)達，但至少建立統(tǒng)一的行業(yè)標準必不可少。但自1890年無線充電技術初露端倪開始，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者爭執(zhí)不休，針對居民消費產品，迄今為止共衍生出三種主要技術標準。

[1] Qi是全球首個推動無線充電技術標準化的組織--無線充電聯(lián)盟WPC推出的“無線充電”標準。WPC成員中有將近200家科技公司，該標準允許無線充電設備的最大輸出功率不超過5W，一般多為手機廠商所用。目前共有12款汽車提供符合Qi標準的無線充電設備，而共計80種不同型號的智能手機均可適配。此外，宜家出售的部分型號的組合式書桌以及床頭燈內置了Qi標準的無線充電器。

[2] 由Power Matters Alliance推出的PMA標準，是Qi的直接競爭者，主攻快餐市場。目前全美幾百家麥當勞和星巴克連鎖店中都已經(jīng)開始向消費者提供符合PMA標準的無線充電器;

[3] 無線充電聯(lián)盟A4WP推出Rezence標準。它允許多個設備同時充電，而且在設備的位置與角度上較具彈性，其充電能力與時間也較符合消費者期待，最高傳輸功率不超過50W。盡管目前還沒有適配Rezence標準的電子產品問世，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，最早明年將會有大量新產品問世。

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

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