【真正的無線充電】東京大學研發充電房間,手機拿進去就會「自動充電」

【為什麼我們要挑選這篇文章】現在的無線充電仍需要充電版,雖然不需要插充電線,但電子設備仍然需要在一個固定點充電,很不方便。然而,日本東京大學的科學家透過共振技術,打造一個「無線充電房間」,任何電器只要在這個房間,就可以不用插插頭,自己「來電」。

雖然現在還有電磁波影響健康的議題需要處理,但還是希望這個技術可以趕快商用。(責任編輯:郭家宏)

每天下班回家第一件事,是不是給手機充電?

但是充電線在哪,你找得到嗎?如果忘在了公司,那真的是悲劇。

如果現在告訴你,一回到家,手機就能自動充電,簡直就是救星!

好消息是,這項技術已經被東京大學實現啦!在 11 月 16 日到 17 日,東京大學在日本最大的科學傳播活動 Science Agora 上設立了展位,其中川原實驗室正在研發的無線充電技術就是東大參展的主角之一。

東京大學將在科學展會上介紹一些前端科技研究,其中一個就是無線充電技術。只要進入一個專門的房間,電子設備就能自動充電,不管是手機還是 PC,無需再苦苦尋找充電線在哪裡了。

無線充電的電燈

自藍芽耳機普及告別耳機線之後,沒想到也有向充電線 say goodbye 的一天,已經迫不及待地想看到這項技術商業落地了!

透過共振技術,科學家打造無線充電房間

以手機為例,現在的電子設備充電是基於單一的點(limited to a single point),川原實驗室把透過二維陣列形式將單一的充電器擴展到表面(surface)。

但問題是,如何在空間(volume)中實現無線充電?

研究人員認為,必須要實現以下幾個方面:

1. 安全的無線功率傳輸的功率水平。WPT(Wireless Power Transmission)未來的目標是建立數百個安全自主、隨機放置的節點,這需要提供比現在更高的總功率。

2. 三維空間中的操作系統,包括一些隱藏的配置。通常,任何能夠被移動的物體可以放置在任意位置,基於此試想,節點在一個泛化的位置進行操作,甚至是在視線外。同時,增強 WPT/通信範圍和魯棒性(Robust)比提高數據速率顯得更為緊迫,因為物聯網的原始函數,如感測和驅動,通常不需要高數據速率。

3. 固有的廉價節點結構。假設每個環境對象都成為物聯網節點,那麼用於電力接收和通信的組件,在批量生產中可以廉價製造就顯得至關重要了。

最初,他們利用的是一種稱為準靜態腔共振器(QSCR)的方法,用於無線功率傳輸,可以覆蓋到整個房間,並且能安全地提供功率。但是,這種方法存在缺點,例如需要在房間中間修建導電杆,並且隨著距房間中心距離的增加,功率效率會下降。

對此工作人員進行了改良,設計了稱為「多模式 QSCR」的新方法,新方法可以使得整個房間獲得 50% 或更高的電源效率,並且不需要房間中再搭建任何結構的系統。這樣,系統就可以無縫地「編織」到我們的日常生活中(’woven’ into our daily lives)。

由此,他們手工搭建一個房間大小(4.9m×4.9m×2.3m)的共振器,利用其產生出能夠滲透到房間內部的三維磁場。房間內部的磁場形成後,裝有接收裝置的電子設備可以透過磁場自動接收到能量。

至於系統是如何工作的,川原實驗室的研究人員介紹道,首先射頻電源會產生頻率為 1.34MHz 的正弦波,這達到了房間內部的共振頻率;同時,射頻電源產生的能量能透過感應,耦合到房間的驅動線圈輸入到房間內部。

房間內部的共振頻率可以透過安裝在牆上的電容器進行調節。當模擬房間的共振模式被啟動時,振盪電流將流過牆壁、天花板和地板,電流在房間內引起磁場分佈,從而傳遞能量。

在房間內部,為電子設備充電的能量就像空氣一樣,變成了一件很平常也很自然的事。

不信你看,手機和電燈都能實現無線充電了,這對「低電量恐懼患者」而言也是滿滿的福音!

論文 傳送門

研究小組稱,他們正在按照國際安全準則進行研發,不會使人體受到磁力的影響。今後他們將進一步提高充電效率,降低成本。據悉,該研究小組今後將與企業合作,以加快實用化進程。

高手雲集的川原實驗室

川原實驗室的研究人員,都是東京大學工程學研究生院電氣工程系的研究生們。說到川原實驗室,它來頭也是不小,每年發表的論文、參加的會議、參與研發的項目,多得看不過來。

實驗室 官網

就官網資訊,川原實驗室的目標是設計下一代的通訊技術,和開發一些有趣的應用程式,創造出能在現實生活中使用的技術。他們正在進行或已經完成的研究項目包括了無線電源傳輸、軟體機器人開發、用於影印和功能整合的機器人製作等等。

當然了,川原實驗室的教師配置也是夢幻級別的!

實驗室 boss 川原圭博教授不僅是 IEICE、IPSJ 的成員,也是 IEEE MTT TC-24(RFID 技術)的委員會成員之一。2013 年由他參與研發的「即時噴墨電路」獲得了 Ubicomp 的最佳論文獎。

即時噴墨電路是一種低成本、快速、易用的技術,支持功能性電子設備的快速成型。它能夠將高導電性的痕跡和圖案印刷到剛性和柔性的基材上,除此之外,這項技術還支持大面積感測器和高頻應用。

這與現有的印刷導電圖案的方法也不同,它的電導率在幾秒鐘內出現,而且不需要特殊設備。注意到,這個項目的初期投資竟不到 100 美元(約新台幣 3050 元)。

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除了川原圭博教授之外,實驗室特任助教 Jie Qi 也是擁有許多成績。10 月 29 日,Jie Qi 的一些研究成果被現代藝術博物館(MoMA)永久收藏。

Jie Qi 擁有哥倫比亞大學的機械工程學士學位和麻省理工學院媒體實驗室的媒體藝術與科學碩士學位,她的主要研究領域在造紙電子學(Paper Electronics)、開放式創新與創業(Open Innovation & Entrepreneurship)、創新學習與技術多樣性(Creative Learning & Diversity in Tech)。

同時,她也建立了 PatentPandas.org,一個透過友好的熊貓漫畫和現實生活中的發明家故事來教授專利法的資源網站,這些故事資源還能將獨立的創作者與自由法律委員會聯繫起來。

網站 傳送門

川原實驗室還有很多優秀的教授和助教,他們在不同的領域創造著自己的價值。也就像川原實驗室的標語所說,「尊重實驗室成員的個性,為學生創造並提供機會。」

期待更多像「充電房間」這種有用的黑科技被研發出來!

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈到家自动充电,拜拜充电线!东京大学开发自动充电房间,能量成为“与空气一样的东西”〉。首圖來源: 大數據文摘

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