大劉在《三體2：黑暗森林》中曾描繪過這樣一幅場景：「面壁者」羅輯在危機紀元205年從冬眠中蘇醒后，發(fā)現(xiàn)整個世界都發(fā)生了翻天覆地的變化，其中最讓他震驚甚至“掩面而泣”的是一個外表光禿禿但能夠自動加熱、調(diào)控溫度的水杯。而護士隨口一句“到處都是電啊”則道破玄機：這是一個無線充電技術(shù)已經(jīng)完全取代傳統(tǒng)取電方式的社會。
本期《經(jīng)濟學人》（The Economist）撰文對目前無線充電技術(shù)的發(fā)展趨勢，分類標準以及在汽車領(lǐng)域的實踐進行了探討，深入分析了該技術(shù)大規(guī)模擴張可能面臨的桎梏，編譯如下。
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，華盛頓大學的一名計算機學家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，當機器人或無人機電量低時，在靠近充電設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)級電力應用倡導者之一的尼古拉·特斯拉，在當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，和當時大部分物理學家預測的一樣，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。
標準問題
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。通過初級線圈的交流電產(chǎn)生振動感應磁場，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，那么電磁感應的過程幾乎不會丟失任何能量；但假設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)標準必不可少。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)標準。
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[1] Qi是全球首個推動無線充電技術(shù)標準化的組織--無線充電聯(lián)盟WPC推出的“無線充電”標準。WPC成員中有將近200家科技公司，該標準允許無線充電設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標準的無線充電設備，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標準的無線充電器。
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[2] 由Power Matters Alliance推出的PMA標準，是Qi的直接競爭者，主攻快餐市場。目前全美幾百家麥當勞和星巴克連鎖店中都已經(jīng)開始向消費者提供符合PMA標準的無線充電器；
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[3] 無線充電聯(lián)盟A4WP推出Rezence標準。它允許多個設備同時充電，而且在設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標準的電子產(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技術(shù)，打造更加統(tǒng)一的無線充電標準，顯然WPC聯(lián)盟的Qi標準將會受到嚴重沖擊。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備屬于「自立門派」，并不符合市面上的任一標準。
一向另類的蘋果，這次又帶來了自己的無線充電標準
不過對普通消費者而言，無線充電技術(shù)的行業(yè)標準之爭實則「利大于弊」，因為能夠適配兩種甚至多重標準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，當英特爾決定將無線網(wǎng)絡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「標準大戰(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)公司以及電力供應商之后，確立了未來汽車無線充電服務的行業(yè)標準，即輸出功率≤20kW，運行頻率85kHz。
第一批搭載符合該標準無線充電器的車型預計將于2017或2018年面世。但有意思的是，以物理學家「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備進行能量補給。
小結(jié)：
無線充電技術(shù)的大規(guī)模應用，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。
