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东京大学开发无线充电房间:到家自动充电,拜拜充电线

2019/12/1 13:32:13来源:大数据文摘微信公众号作者:大数据文摘责编:孤城评论:

每天下班回家第一件事,是不是给手机充电?

但是充电线在哪,你找得到吗?如果忘在了公司,那才是真的牙白!

如果现在告诉你,一回到家,手机就能自动充电,简直就是整理苦手的救星!

好消息是,这项技术已经被东京大学实现啦!在11月16日到17日,东京大学在日本最大的科学传播活动Science Agora上设立了展位,其中川原实验室正在研发的无线充电技术就是东大参展的主角之一。

东京大学将在科学展会上介绍一些前沿科技研究,其中一个就是无线充电技术。只要进入一个专门的房间,电子设备就能自动充电,不管是手机还是PC,无需再苦苦寻找充电线在哪里了。

▲无线充电的电灯

自蓝牙耳机普及告别耳机线之后,没想到也有向充电线say goodbye的一天,已经迫不及待地想看到这项技术商业落地了!

▲搭建无线充电房间

以手机为例,现在的电子设备充电是基于单一的点(limited to a single‘point’),川原实验室把通过二维阵列形式将单一的充电器扩展到表面(‘surface’)。

但问题是,如何在空间(‘volume’)中实现无线充电?

研究人员认为,必须要实现以下几个方面:

安全的无线功率传输的功率水平。WPT(Wireless Power Transmission)未来的目标是建立数百个安全自主、随机放置的节点,这需要提供比现在更高的总功率。

三维空间中的操作系统,包括一些隐藏的配置。通常,任何能够被移动的物体可以放置在任意位置,基于此试想,节点在一个泛化的位置进行操作,甚至是在视线外。同时,增强WPT/通信范围和鲁棒性比提高数据速率显得更为紧迫,因为物联网的原始函数,如传感和驱动,通常不需要高数据速率。

固有的廉价节点结构。假设每个环境对象都成为物联网节点,那么用于电力接收和通信的组件在批量生产中可以廉价制造就显得至关重要了。

最初,他们利用的是一种称为准静态腔谐振器(QSCR)的方法,用于无线功率传输,可以覆盖到整个房间,并且能安全地提供功率。但是,这种方法存在缺点,例如需要在房间中间修建导电杆,并且随着距房间中心距离的增加,功率效率会下降。

针对此,工作人员进行了改良,设计了称为“多模式QSCR”的新方法,新方法可以使得整个房间获得50%或更高的电源效率,并且不需要房间中再搭建任何结构的系统。这样,系统就可以无缝地“编织”到我们的日常生活中('woven' into our daily lives)。

由此,他们手工搭建一个房间大小(4.9m×4.9m×2.3m)的谐振器,利用其产生出能够渗透到房间内部的三维磁场。房间内部的磁场形成后,装有接收装置的电子设备可以通过磁场自动接收到能量。

至于系统是如何工作的,川原实验室的研究人员介绍道,首先射频电源会产生频率为1.34MHz的正弦波——这达到了房间内部的共振频率,同时,射频电源产生的能量能通过感应耦合到房间的驱动线圈输入到房间内部。

房间内部的谐振频率可以通过安装在墙上的电容器进行调节。当模拟房间的共振模式被激活时,振荡电流将流过墙壁、天花板和地板,电流在房间内引起磁场分布,从而传递能量。

在房间内部,为电子设备充电的能量就像空气一样,变成了一件很平常也很自然的事。

不信你看,手机和电灯都能实现无线充电了,这对“低电量恐惧患者”而言也是满满的福音!

论文链接:

http://www.researchgate.net/publication/329960246_Room-Wide_Wireless_Charging_and_Load-Modulation_Communication_via_Quasistatic_Cavity_Resonance

研究小组称,他们正在按照国际安全准则进行研发,不会使人体受到磁力的影响。今后他们将进一步提高充电效率,降低成本。据悉,该研究小组今后将与企业合作,以加快实用化进程。

高手云集的川原实验室

川原实验室的研究人员,都是东京大学工程学研究生院电气工程系的研究生们。说到川原实验室,它来头也是不小,每年发表的论文、参加的会议、参与研发的项目,多得看不过来。

实验室官网:

http://www.akg.t.u-tokyo.ac.jp/

就官网信息上看,川原实验室的目标是助力设计下一代的通信技术和开发一些有趣的应用程序,创造出能在现实生活中使用的技术。他们正在进行或已经完成的研究项目包括了无线电源传输、软体机器人开发、用于打印和功能集成的机器人制作等等。

当然了,川原实验室的教师配置也是梦幻级别的!

实验室boss川原圭博教授不仅是IEICE,IPSJ的成员,也是IEEE MTT TC-24(RFID技术)的委员会成员之一。2013年由他参与研发的“即时喷墨电路”获得了Ubicomp的最佳论文奖。

即时喷墨电路是一种低成本、快速、易用的技术,支持功能性电子设备的快速成型。它能够将高导电性的痕迹和图案印刷到刚性和柔性的基材上,除此之外,这项技术还支持大面积传感器和高频应用。

这与现有的印刷导电图案的方法也不同,它的电导率在几秒钟内出现,而且不需要特殊设备。注意到,这个项目的初期投资竟不到100美元。

论文链接:

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

除了川原圭博教授之外,实验室特任助教Jie Qi也是诸多成果傍身。10月29日,Jie Qi的一些研究成果被现代艺术博物馆(MoMA)永久收藏。

Jie Qi拥有哥伦比亚大学的机械工程学士学位和麻省理工学院媒体实验室的媒体艺术与科学硕士学位,她的主要研究领域在造纸电子学(Paper Electronics)、开放式创新与创业(Open Innovation & Entrepreneurship)、创新学习与技术多样性(Creative Learning & Diversity in Tech)。

同时,她也创建了PatentPandas.org,一个通过友好的熊猫漫画和现实生活中的发明家故事来教授专利法的资源网站,这些故事资源还能将独立的创作者与自由法律委员会联系起来。

网站链接:

http://patentpandas.org/

川原实验室还有很多优秀的教授和助教,他们在不同的领域创造着自己的价值。也就像川原实验室的标语所说,“尊重实验室成员的个性,为学生创造并提供机会”。

期待更多像“充电房间”这种有用的“黑科技”被研发出来!

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