無線充電：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(nóng)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(xué)的一名計算機學(xué)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(nèi)的自動化產(chǎn)品的充電難題。他希望摒棄物理連接的方式，當(dāng)機器人或無人機電量低時，在靠近充電設(shè)備半米左右的范圍內(nèi)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ǎ谝粋€多世紀前就有了。1893年，作為工業(yè)級電力應(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(dāng)時大部分物理學(xué)家預(yù)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(fēng)頭曾一度被人詬病，但不可否認的是，一些能夠?qū)崿F(xiàn)遠程電能傳輸?shù)目孔V方式，目前正越來越受到關(guān)注。例如，特斯拉率先嘗試的無線充電技術(shù)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(diào)研機構(gòu)IHS估計，目前每年此類設(shè)備的銷售額在5億美元左右，未來10年內(nèi)，該數(shù)值將實現(xiàn)30倍的增長。

標(biāo)準(zhǔn)問題

拋開LaserMotive公司之前提到的「激光發(fā)電」不談，目前主流無線充電技術(shù)背后都藏著一個最基本的物理原理——感應(yīng)。通過初級線圈的交流電產(chǎn)生振動感應(yīng)磁場，處于該磁場中，靠近初級的次級線圈中隨之產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)的過程幾乎不會丟失任何能量；但假設(shè)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(yīng)原理

目前市面上所有的電動牙刷產(chǎn)品，均采用了上面提到的這種耦合感應(yīng)式無線充電技術(shù)。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(shè)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(diào)成一致，或使其在特定的頻率上產(chǎn)生共振，即可實現(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，除能為無人機充電外，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，通過磁場共振產(chǎn)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(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)技術(shù)能夠隨著情況的變化，自動更改其內(nèi)部電路的電氣化特征。因此，Wibotic方面表示，即使出現(xiàn)無人機劇烈搖晃或大風(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(shù)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(biāo)準(zhǔn)必不可少。但自1890年無線充電技術(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)者爭執(zhí)不休，針對居民消費產(chǎn)品，迄今為止共衍生出三種主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

[1] Qi是全球首個推動無線充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的組織--無線充電聯(lián)盟WPC推出的“無線充電”標(biāo)準(zhǔn)。WPC成員中有將近200家科技公司，該標(biāo)準(zhǔn)允許無線充電設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的無線充電設(shè)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(nèi)置了Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電器。

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

[3] 無線充電聯(lián)盟A4WP推出Rezence標(biāo)準(zhǔn)。它允許多個設(shè)備同時充電，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(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)一的無線充電標(biāo)準(zhǔn)，顯然WPC聯(lián)盟的Qi標(biāo)準(zhǔn)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(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，這次又帶來了自己的無線充電標(biāo)準(zhǔn)

不過對普通消費者而言，無線充電技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之爭實則「利大于弊」，因為能夠適配兩種甚至多重標(biāo)準(zhǔn)的手機和其他電子產(chǎn)品勢必將成為市場主流。

Alex Gruzen，無線充電設(shè)備公司W(wǎng)iTricity（A4WP聯(lián)盟發(fā)起者之一）創(chuàng)始人，認為孰勝孰負并不關(guān)鍵，英特爾的加入將會對整個行業(yè)產(chǎn)生積極影響。Alex表示，2003年，當(dāng)英特爾決定將無線網(wǎng)絡(luò)功能集成至自家的處理器產(chǎn)品上時，誰都沒有料到一場關(guān)于「Wi-Fi」的革命就此打響。所以，無線充電技術(shù)目前也正處于同樣的變革期，未來一切皆有可能。

特斯拉的例外

隨著無線充電技術(shù)在消費電子領(lǐng)域日漸崛起，汽車產(chǎn)業(yè)對這項新技術(shù)的關(guān)注度也在逐步攀高，而電動汽車的走俏也為無線充電技術(shù)開辟了新的市場商機。不過做事歷來謹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SAE，在詳細咨詢了汽車制造商、無線充電技術(shù)公司以及電力供應(yīng)商之后，確立了未來汽車無線充電服務(wù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即輸出功率≤20kW，運行頻率85kHz。

第一批搭載符合該標(biāo)準(zhǔn)無線充電器的車型預(yù)計將于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卻似乎對無線充電技術(shù)并不感冒，特別是CEO伊隆·馬斯克認為無線充電技術(shù)和超級充電站相比，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，同時已經(jīng)在全球上千個地區(qū)扎根。

自帶無線充電功能的馬路

不過無論是插電還是無線，固定的電動汽車充電站依然滿足不了某些公司的野心。近日，高通聯(lián)合德國車企戴姆勒意在革新傳統(tǒng)電動汽車的充電方式，它甚至希望未來能將無線充電器和公路整合一體。如此一來，掌握了該技術(shù)的汽車主機廠顯然會將大部分競爭對手甩在腦后，因為作為電動汽車最昂貴的零部件，鋰電池續(xù)航的多少會直接影響到車型的銷量。目前，在韓國、意大利、英國和美國加州的部分地區(qū)，已經(jīng)有很多電動巴士能夠通過埋在地下的無線充電設(shè)備進行能量補給。

小結(jié)：

無線充電技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，不僅能夠改變消費電子產(chǎn)品的迭代模式，同時對汽車產(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)省了上萬美金的成本開支，于消費者而言也是十分有利的，甚至可能會催生出全新的汽車購買/租賃模式。

盡管特斯拉未能實現(xiàn)在各大陸之間通過廣播傳輸電能的夙愿，但他的這點「小伎倆」卻可能會對人類社會的進步產(chǎn)生更深遠的作用：無線充電技術(shù)的成熟帶動了電動汽車的良性發(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。