大數據文摘出品

作者：劉俊寰

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，那才是真的牙白！

如果現在告訴你，一回到家，手機就能自動充電，簡直就是整理苦手的救星！

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(fā)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沿科技研究，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里了。

無線充電的電燈

自藍牙耳機普及告別耳機線之后，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(yè)落地了！

搭建無線充電房間

以手機為例，現在的電子設備充電是基于單一的點（limited to a single ‘point’），川原實驗室把通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：

• 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(jié)點，這需要提供比現在更高的總功率。
• 三維空間中的操作系統(tǒng)，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，基于此試想，節(jié)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/通信范圍和魯棒性比提高數據速率顯得更為緊迫，因為物聯網的原始函數，如傳感和驅動，通常不需要高數據速率。
• 固有的廉價節(jié)點結構。假設每個環(huán)境對象都成為物聯網節(jié)點，那么用于電力接收和通信的組件在批量生產中可以廉價制造就顯得至關重要了。

最初，他們利用的是一種稱為準靜態(tài)腔諧振器（QSCR）的方法，用于無線功率傳輸，可以覆蓋到整個房間，并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桿，并且隨著距房間中心距離的增加，功率效率會下降。

針對此，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，并且不需要房間中再搭建任何結構的系統(tǒng)。這樣，系統(tǒng)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）的諧振器，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后，裝有接收裝置的電子設備可以通過磁場自動接收到能量。

至于系統(tǒng)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通過感應耦合到房間的驅動線圈輸入到房間內部。

房間內部的諧振頻率可以通過安裝在墻上的電容器進行調節(jié)。當模擬房間的共振模式被激活時，振蕩電流將流過墻壁、天花板和地板，電流在房間內引起磁場分布，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！

論文鏈接：

https://researchgate/publication/329960246_Room-Wide_Wireless_Charging_and_Load-Modulation_Communication_via_Quasistatic_Cavity_Resonance

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

高手云集的川原實驗室

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(fā)表的論文、參加的會議、參與研發(fā)的項目，多得看不過來。

實驗室官網：

https://akg.t.u-tokyo.ac.jp/

就官網信息上看，川原實驗室的目標是助力設計下一代的通信技術和開發(fā)一些有趣的應用程序，創(chuàng)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(fā)、用于打印和功能集成的機器人制作等等。

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(fā)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傳感器和高頻應用。

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。

論文鏈接：

https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2493486

除了川原圭博教授之外，實驗室特任助教Jie Qi也是諸多成果傍身。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(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)（Open Innovation & Entrepreneurship）、創(chuàng)新學習與技術多樣性（Creative Learning & Diversity in Tech）。

同時，她也創(chuàng)建了PatentPandas.org，一個通過友好的熊貓漫畫和現實生活中的發(fā)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(chuàng)作者與自由法律委員會聯系起來。