告别电线:无线电力技术初探

你有没有想过将来，所有的电器，都不再拖着长长的电线“尾巴”？电池、插座、电线等电力供给和传输设备都被丢进了科技博物馆？近日，美国麻省理工学院的科研人员，成功地通过无线电力传输点亮了一个功率60w的电灯泡，标志着无线电力传输技术初步成型。如果一切进展顺利，在今后几年内，笔记本电脑、手机等可移动设备就可能不受电线、电源的束缚，真正成为可以自由移动的便携式设备了。

该科研小组由6名来自麻省理工学院物理系、电子工程系和计算机系及军事纳米技术研究所的研究人员组成。在实验中，他们使用了两个铜线圈，利用谐振原理，成功地通过无线电力传输点亮了一个功率为60w的电灯泡。他们将此技术命名为Witricity，即英文“无线”和“电力”二词的组合，意为“无线电力”技术。

灵感来自手机电池耗尽

多年前的一个深夜，披着睡袍的索尔贾希克先生，被手机“电池耗尽”的报警声吵醒。索尔贾希克先生回忆道:“一个月来，我已经被警报骚扰6次了。突然之间，我想到，如果可以有东西代替普通手机电池的话，该多好啊！”但如果不需要充电的话，就意味着必须用无线传输电力。然后，索尔贾希克就开始思考究竟哪种物理现象能帮得上忙。

在过去的100年里，科学家研究出了多种无线传输能量的方法。大家最熟悉的可能就是以无线电波为代表的电磁辐射。虽然，无线电波在无线传输信息方面表现非凡，但是，却不可能用于无线传输电力。因为，电波是向各个方向传播的，如果用于传输电力，那么大量的能量就会被浪费在无用的空间。

那么像激光那样的定向电磁辐射可以吗？激光是很危险的。而且，激光需要在能量传输物和接受物之间存在持续不断的光线，当设备在移动时，激光还需要有成熟的跟踪装置。最终，索尔贾希克教授想到了电磁谐振原理。也正是基于对该原理的研究和应用，索尔贾希克教授和其他的研究人员终于通过无线电力点亮了60瓦的灯泡。

物理学的新应用

实际上，电磁谐振原理是物理学的一项基本原理，但为什么过去科学家没有用以进行无线电力研究呢？麻省理工学院的研究人员乔纳普鲁斯指出:“以前，人们对这样的系统没有需求，所以，也没有什么动力让人们去研究。但是在过去的几年里，便携式电子设备，如笔记本电脑、手机、MP3等广泛应用于人们日常生活。所有这些东西都需要由不断充电的电池来提供能量。而电源的不可移动，就与便携的初衷产生了矛盾。”

不过有意思的是，早在50年前，曾一度有关于BBC的传言出现。传言中，BBC的科技人员在侦查BBC信号的覆盖范围时发现，有一小块区域没有BBC的广播信号。当他们探测那个区域后，发现一处房子的花园里放置了一个铜线圈，与BBC有相同的频率，然后窃取了一部分能量用于房间供电。如果传言属实，那么，人们对无线电力传输的热情就由来已久了。

无线电力安全吗？

综观我们今天的生活，科技的影子无处不在，而现实中每一个我们现在认为是理所当然的细节，其实都是科学先行者呕心沥血换来的。笔记本电脑、移动电话、无线上网等科技发明，让我们变得越来越不受空间的约束。无线电力技术，能让我们彻底摆脱电池、充电器、插座、电源线吗？如果这一天真的到来，那么我们人类要为之付出什么样的代价呢？汽车污染了环境，电脑手机都有辐射，那么无线电力又会给我们带来什么呢？

不可否认的是，目前的实验仍有很多没有解决的问题。首先，在无线电力的实验中，高达45%的能量在传输至灯泡的途中损耗掉了，也就是说该系统的供电效能仅为普通化学电池的一半。如何控制能源传输的损耗，是摆在研究人员面前的重大课题。此外，目前进行电力传输的铜线圈体积庞大且非常笨重，足有0.6米高。如果要用于家用电器，必须实现铜线圈的最小化。索尔贾希克教授表示，尽管以后可以对铜线圈进行精简，但是怎样将铜线圈精简到便于笔记本电脑等小家电，还有很长的路要走。

不过索尔贾希克教授仍然非常乐观，他认为这些问题将在3至5年内解决。“我们希望电源和电器之间的距离能达到4至5米，铜线圈能小到可以安装到手提电脑里，输电效率也能大幅提高。屋子里只要有个无线电源，手机、MP3和电脑就随时充电工作了。”

至于电磁场的安全性，研究者认为也不必担心，因为它与生物体相互作用很小，不太可能产生严重的副作用。无论是人还是其他生物，无线电力都是很安全的，不会对健康产生任何明显危害。有专家称，生物机体会对电磁场产生强烈的反应，正如微波炉会将肉类食品烤熟一样。据此，无线电力传输的研究人员称，只要人在距离微波炉3米以外的地方，微波就不会对人体产生伤害。同样道理，使用无线电力的电灯，不会对在灯下阅读的人产生危害。在灯泡实验中，房间内的手机、笔记本电脑、信用卡等物品都没有受损。有趣的是，这种互不干扰还是相互的。也就是说，生物体及其他物体也不会妨碍无线电力的传输。

接下来，研究人员会把研究范围扩展到尝试吸尘器或者笔记本电脑。我们希望，有越来越多的电子产品可以摆脱“长尾巴”，真正地实现自由移动。

链 接:电磁谐振原理

什么是共振呢？以我们比较熟悉的秋千为例。当小孩坐在秋千上，身体晃动的频率与秋千的频率一致时，会产生共振，然后小孩就能持续地提供给秋千能量。再如，声音共振。如果一个房间里面有100个同样的酒瓶，每个酒瓶中倒入不同量的酒，那么所有酒瓶的共振频率是不同的。但是如果有个歌剧演员在房间里大声唱一个音符的话，与该音符频率相同的那个酒瓶有可能接受并积累能量，甚至会爆炸，而其他酒瓶则不受影响。与上述的共振类似，当物体间以相同频率共振时，就有可能有效实现无线能量传输。研究小组把共振运用到电磁波的传递上。他们利用铜制线圈作为电磁谐振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。当传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场辐射到接受方，电力就实现了无线传输。

对于今后无线电力传输的应用，电磁谐振具有无可比拟的优势。因为，日常生活中应用的很多物体，与电磁场的反应很微弱。正如麻省理工学院一名物理学硕士所言：“电磁场与生物机体的反应微弱，会使无线电力传输的安全性能大大提升”。实验中的两个铜线圈，虽然在彼此之间产生了强大的磁场，但是对周围环境的影响很小。