无线充电器采用量子技巧为移动小配件充电

智能手机和其他电子设备的无线充电很方便,但仍有问题存在:在充电时,你的设备必须固定放在某个地方。一种新的自我调谐设计意味着,你在移动时仍然可以给设备充电。目前的无线充电器通过磁感应来进行充电:将充电器和设备进行调谐,使其产生共振。

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如果电源和设备之间的距离固定,那么这种设计是有效的。不过如果设备在移动中,那么这种方式就会面临挑战。

一人手持已充满电的智能手机。 图片来源:Jorge Perez/Alamy Stock Photo

威尼斯娱乐网站,斯坦福大学的Fan
Shanhui及其团队开发了一种无线充电器,即使设备移动至距离电源1米远的地方,仍然可以继续充电。在不减少能量传输的情况下,充电器的方向可以持续变化。在演示中,该团实现了在不降低亮度的情况下,为持续移动的LED灯泡供电。

智能手机和其他小配件的无线充电器比较方便,但却存在一个问题:当其充电时,你需要把它放在一旁,一种新自动调节设计意味着智能手机可以在移动过程中持续充电。

如果想利用当前的系统实现同样的目标,那么电路就需要不断地调整。Fan
Shanhui表示:“这增加了复杂性。我们的系统首次在不需要主动调谐的情况下实现了这个目标。”

目前的无线充电器主要通过磁感应工作:当充电器和设备在相互共振时工作。现有设计是当电源和设备在特定距离内分开时可以有效运行,但如果设备处于移动中时充电,就存在更大挑战。

该团队用到了量子力学的概念“宇称-时间对称”。在这个系统中,这涉及到充电器和LED灯泡之间的耦合电路,当灯泡移动到更远的位置时,充电器中的放大器将会提高能量,以抵消远距离造成的能量损失。Fan
Shanhui表示:“看到一个基本的物理概念在完全不同的领域得到应用,这很有趣。”

现在,美国斯坦福大学Shanhui
Fan和团队设计出一种新无线充电器,即便在设备远离电源1米时仍然能够发挥作用。其方向也可以持续改变而不降低能量转移。在一次展示中,该团队可以为一个移动LED灯泡提供电量,而且不降低其亮度。

北卡罗来纳州立大学的丹尼尔·斯坦希尔(Daniel
Stancil)认为,这个概念很有意思。他表示:“你可以在使用手机时直接充电,而不必将手机放在充电板上。”尽管实现这种自我调谐的电路还有其他方法,但他认为新方法更简单,实现起来成本也更低。

用现有系统实现同样的事情,电路则需要不断改变。“它增加了复杂性。”Fan说,“我们的成果是首个不需要主动改变电路而实现它的系统。”

Fan
Shanhui及其同事正计划优化充电器的覆盖范围。他们将修改设计,提高充电距离。对于为移动中的车辆充电,这非常有用。

该团队通过采用量子力学领域一个叫作宇称时间对称的概念实现了这一点。在这种情况下,它涉及耦合充电器中的电路和LED灯泡,这样充电器内放大器的能量提升就可以在灯泡进一步移远时平衡流失的能量。即便在灯泡和充电器之间的距离变化时,该系统也可以自动进行自我调节。“看到基础物理学概念被应用于一个完全不同的领域,我觉得很有趣。”Fan说。

无线系统未来某天将被用于在更远的距离上传送电力。例如,一支团队正在考虑利用激光和气球技术将电力输送至灾区。最终,他们希望在太空中收集太阳能,并将其传送回地球。由于没有地球大气的阻隔,太空中可以收集的太阳能比地球上多得多。

Fan和同事正在计划提高其充电器的覆盖范围。他们将调整设计以增大充电距离,这或将有利于为移动车辆充电。

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