WiFi可提供電能 未來或許萬物通電即可互聯真的可以實現

信息來源:北極星電力網   發布時間2019-02-27   瀏覽(398) 點贊 分享到:

  每天,你用手機接上WiFi、打開網頁,這一切看似稀松平常。但你是否想過,有一天也許能用WiFi充電?

  這聽起來不可思議,但確實有研究證明了其可行性。近日,外媒報道了一項重大突破——科學家將WiFi信號轉化為電能。通俗點說,就是通過WiFi發電。這意味著,未來或許會出現無電池手機、無電池筆記本電腦……沒電了,連上WiFi即可充電使用。

  此次技術突破,有賴于新研發出的“硅整流二極管天線”。它能為沒有電池的智能手機、筆記本電腦、可穿戴設備等提供電能。據報道,在該項研究中,當硅整流二極管天線接觸到約150微瓦的WiFi信號時,會產生約40微瓦的電量。

  那么,WiFi信號是如何被轉化為電能的?電能也可以被轉化為WiFi信號嗎?通訊信號與能源之間可否實現直接轉化?

  WiFi信號屬于雜散能源

  實際上,除WiFi信號外,我們身邊還有很多能源可被轉化為電能。比如,無線電波、機械能、人體熱擴散能等。此類無處不在又尚未被有效利用的能源,被稱為“雜散能源”。

  雜散能源的種類有很多。以雜散機械能源為例,它包括車輛在行進過程中部件產生的振動能量、重型設備運動或作業時引起建筑物振動從而產生的能量、人在步行過程中踏步產生的動能、手臂的擺動乃至血壓的變化所帶來的動能等。這些看起來微不足道的能源,都可以被利用起來。

  “捕獲環境中的雜散能源,就好像銀行把眾多小客戶的錢收集起來,再借給需要的人。”中國科學院電工研究所研究員劉國強告訴科技日報記者,上世紀中葉出現的自動手表,就是利用手腕擺動的機械能使表內發條卷緊,進而驅動手表工作。

  不過,WiFi信號與其他的雜散能源不同,它是高頻電磁波。考慮到其對人體健康的影響,WiFi信號在人類活動范圍內通常能量很小。需要采用整流二極管天線,來接收無線網絡信號,并經過整流濾波轉化成直流電后才能為我們所用。

  “整流二極管是一種將交流電能轉化為直流電能的器件,也是高頻電磁信號被轉化為直流電的‘橋梁’,即WiFi信號被轉化為電能的‘橋梁’。”劉國強說。

  “目前,各國都逐漸意識到雜散能源的重要性,這一方向已成為研究熱點。研究工作最終要實現的目標是,以捕獲雜散能源的模式,部分取代甚至全部取代現有化學電池供電模式。”劉國強介紹道,若能利用雜散能源捕獲發電技術,以后或許就不再需要更換電池了,科學家有望研制出“終身無需更換”的能源,甚至可能讓電器掙脫電源的約束。

  以現有心臟起搏器為例。資料顯示,目前的心臟起搏器依靠電池供電,但電池壽命有限,病人須在安裝后的5年到10年間經二次手術更換電池。而未來的心臟起搏器,可利用心跳釋放的動能進行充電。已有研究人員在現有心臟起搏器上添加一塊聚合物薄片,使心跳的動能轉化為電能,供起搏器正常運轉。

  尚難實現萬物通電即可互聯

  既然雜散的網絡信號可被轉化為電能,那么電能有無可能被轉化為網絡信號,進而實現萬物通電即可互聯呢?

  “理論上,萬物通電即可互聯是有可能實現的。”劉國強解釋道,一種可能的方式是,利用電能驅動高頻振蕩器產生高頻信號,再通過高頻功率放大器放大信號,接著使用倍頻器、變頻器、調制器和解調器進行信號變換,之后使用天線將電磁波發射出去,便可實現電能到網絡信號的轉化。

  “但目前還沒有直接、簡單的手段,能把雜散能源轉化成無線信號。”劉國強說。

  雖然雜散能量捕獲技術、無線通信技術與無線電能傳輸技術的迅猛發展,使得一定范圍內物體之間的能量和信號轉化成為可能。但要實現這一目標,還需時日。其中,找到新材料、實現材料領域的技術突破,是一大難點,而減小發電裝置的體積、提高轉化效率是實驗成果落地的關鍵。

  “能源是一種客觀存在,如同桌椅板凳。點燃火柴就產生熱能,說話就能產生震動能。但這些能源不能被直接轉化為無線信號。”電子科技大學光電科學與工程學院副研究員汪相如解釋道,因為信號是有序的,如果不進行調制,我們所獲取的聲波、電磁波也不過是來自環境的干擾。

  “信息的傳播需要編碼和解碼這兩個過程,還需要信息收發雙方間的對碼和協議,否則我們將無法理解信息。”汪相如說,從這種意義上來講,信號需要“特殊加工”后才能被傳遞和獲取。

  “現階段來看,把電能轉化為WiFi,只是一種美好的設想。或許未來的某一天,在一些新材料出現后,這些雜散能源可直接驅動新器件然后發射信號。”劉國強說。

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