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前沿丨WiFi可提供电能 那反过来行吗

  • 2019-02-27 15:11
  • 来源: 科技日报

   每天,你用手机接上WiFi、打开网页,这一切看似稀松平常。但你是否想过,有一天也许能用WiFi充电?

  这听起来不可思议,但确实有研究证明?#20284;?#21487;行性。近日,外媒报道了一项重大突破——科学家将WiFi信号转化为电能。通俗点说,就是通过WiFi发电。这意味着,未来或许会出现无电池手机、无电池笔记本电脑……没电了,连上WiFi即可充电使用。

  此次技术突破,有赖于新研发出的“硅整流二极管天线?#34180;?#23427;能为没有电池的智能手机、笔记本电脑、可穿戴设备等提供电能。据报道,在该项研究中,当硅整流二极管天线接触到约150微瓦的WiFi信号时,会产生约40微瓦的电量。

  那么,WiFi信号是如何被转化为电能的?电能也可以被转化为WiFi信号吗?通讯信号与能源之间可否实现直接转化?

  WiFi信号属于杂散能源

  实际上,除WiFi信号外,我们身边还有很多能源可被转化为电能。比如,无线电波、机械能、人体热扩散能等。此类无处不在又尚未被?#34892;?#21033;用的能源,被称为“杂散能源?#34180;?/p>

  杂散能源的种类有很多。以杂散机械能源为例,它包括车辆在行进过程中部件产生的振动能量、重型设备运动或作业时引起建筑物振动从而产生的能量、人在步行过程中踏步产生的动能、手臂的摆动乃至血压的变化所带来的动能等。这些看起来微不足道的能源,都可以被利用起来。

  “捕获环境中?#33041;?#25955;能源,就好像银行把众多小?#31361;У那?#25910;集起来,再借给需要的人。”中国科学院电工研究所研究员刘国强告诉科技日报记者,上世纪中叶出现的自动手表,就是利用手腕摆动的机械能使表内发条卷紧,进而驱动手表工作。

  不过,WiFi信号与其他?#33041;?#25955;能源不同,它是高频电磁波。考虑到其对人体健康的影响,WiFi信号在人类活动范围内通常能量很小。需要采用整流二极管天线,来接收无线网络信号,并经过整流滤波转化成直流电后才能为我们所用。

  “整流二极管是一种将交流电能转化为直流电能的器件,也是高频电磁信号被转化为直流电的‘桥梁’,即WiFi信号被转化为电能的‘桥梁’。”刘国强说。

  “目前,各国都逐渐意识到杂散能源的重要性,这一方向已成为研究热点。研究工作最终要实现的目标是,以捕获杂散能源的模式,部分取代甚至全部取代现有化学电池供电模?#20581;!?#21016;国强介绍道,若能利用杂散能源捕获发电技术,以后或许就不再需要更换电池了,科学家有望研制出“终身无需更换”的能源,甚至可能让电器挣脱电源?#33041;际?/p>

  以现?#34892;脑?#36215;搏器为例。资料显示,目前的?#33041;?#36215;搏器依靠电池供电,但电池寿命有限,病人须在安装后的5年到10年间经二次手术更换电池。而未来的?#33041;?#36215;搏器,可利用心跳释放的动能进行充电。已有研究人员在现?#34892;脑?#36215;搏器上添加一块聚合物薄片,使心跳的动能转化为电能,供起搏器正常运转。

  尚难实现万物通电即可互联

  ?#28909;?#26434;散的网络信号可被转化为电能,那么电能有无可能被转化为网络信号,进而实现万物通电即可互联呢?

  “理论上,万物通电即可互联是有可能实现的。”刘国强解释道,一种可能的方式是,利用电能驱动高频振荡器产生高频信号,再通过高频功率放大器放大信号,接着使用倍频器、变频器、调?#30772;?#21644;解调器进行信号变换,之后使用天线将电磁波发射出去,便可实现电能到网络信号的转化。

  “但目前还没有直接、简单的手段,能把杂散能源转化成无线信号。”刘国强说。

  虽然杂散能量捕获技术、无线通信技术与无线电能传输技术的?#35813;?#21457;展,使得一定范围内物体之间的能量和信号转化成为可能。但要实现这一目标,还需时日。其中,找到新材?#31232;?#23454;现材料领域的技术突破,是一大难点,而减小发电装置的体积、提高转化效率是实验成果落地的关键。

  “能源是一种客观存在,如同桌椅板凳。点燃火柴就产生热能,说话就能产生震动能。但这些能源不能被直接转化为无线信号。”电子科技大学光电科学与工程学院副研究员汪相如解释道,因为信号是?#34892;?#30340;,如果不进行调制,我们所获取的声波、电磁波也不过是来自环境的干扰。

  “信息的传播需要编码和解码这两个过程,还需要信息收发双方间的对码和协议,否则我们将无法理解信息。”汪相如说,从这种意义上来讲,信号需要“特殊加工”后才能被传递?#31361;?#21462;。

  “现阶段来看,把电能转化为WiFi,只是一种美好的设想。或许未来的某一天,在一些新材料出现后,这些杂散能源可直接驱动新器件然后发射信号。”刘国强说。(代小佩)

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责任编辑:徐梅

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