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手机为我们剪掉了电话线，Wi-Fi为我们剪掉了网线，蓝牙为我们剪掉了耳机线。现在，研究人员正在动手剪掉最后一根线：电源线。
今年年初，内华达州拉斯维加斯市举行的2010年国际消费电子展(Consumer Electronics Show，CES)上，一台来自海尔公司的液晶电视吸引了众多观众的目光。这个外表并不出众的大玩具(下页图)简洁得几乎让人感觉少点什么——事实的确如此，它没有包括电源线在内的任何尾巴。你看到的画面信号是通过名为无线家庭数字接口(Wireless Home Digital Interface，WHDI)的传输技术送到电视中的。而点亮屏幕，推动喇叭所需的电力则来自电视机身后那个看起来有点虚张声势的黑色方盒。
海尔公司青岛总部的媒体发言人孙鲲鹏显然不是第一次被问起这台被称作“无尾电视”的玄机何在。他的来信中引用该公司研发工程师的简短介绍说，这台电视“采用了与麻省理工学院合作的无线电力传输技术，能够在不借助电线的情况下利用‘非辐射性磁耦合共振’原理实现远距离高效无线电力传输，这也是无线电力传输技术首次成功应用于电视接收终端。”
孙所说的“非辐射性磁耦合共振”技术，正是麻省理工学院孵化出的公司WiTricity的主攻课题，用于实现中长距离的无线电力传输。该公司目前正在努力将这项技术加以改进，以便把它整合到笔记本、手机等小型设备中。WiTricity商务拓展与市场部门主任大卫·沙茨(David Schatz)表示，该公司的首批产品有望在今年年底之前正式面市。海尔的这台展示机可以看作是无线电力传输技术正式商业化的第一步。特斯拉的无线城市
就像大多数令人惊叹的技术革新一样，这个故事也由看起来鸡毛蒜皮的小问题揭开序幕。数年前的一个深夜，WiTricity的创始人，麻省理工学院的物理学助理教授马林·索尔贾希克(Marin Soljacic)愤怒地站在桌子旁边，盯着那个将他从床上拖起来的手机。“那天我大概已经是当月第6次被手机电量不足的警报声吵醒，”索尔贾希克说，“每次它都会不厌其烦地发出响声，直到你为它插上充电器为止。如果能让手机自动充电该多好。”他希望找到一种方法，使得这些依靠电池运转的小玩意儿只要留在房间中就可以不断获得电能。
当然，索尔贾希克不是第一个冒出这种想法的人。一个多世纪以来，探索无线传输电力技术的人不计其数。当中影响最大的是上世纪初的“疯狂科学家”，交流电之父尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)。在特斯拉线圈模型中，电路的主线圈(发射源)和次级线圈(接收端)之间采用松散耦合，两者之间的磁场重合率只有约10％～20％，因此不是靠电磁波，而是通过两个振荡电路之间的谐振传输电能。
后期的大规模实验中，特斯拉利用拥有垂直电压梯度的大气作为传导界面，与整个地球建立电气共振。他期望能由此从地球磁场以及其它辐射来源中产生电能。“用不了几代人的时间，就可以从宇宙中任何一处获得能量来发动我们的机器。”特斯拉曾在《高频高压交流电相关实验》一书中写到。
可惜的是，特斯拉为给所有人提供免费能源而修建的沃登克里弗塔(Wardenclgffe Tower)，由于投资人约翰·皮尔庞特·摩根(John Pierpont Morgan)看不到投资回报的希望，以及最后一刻仍然存在的设计缺陷抱憾而终，特斯拉无线城市的梦想未能实现。隔空充电
我们在有线的世界中安稳地生活了近一个世纪之后，突然间又涌出对无线传输技术的渴求来——索尔贾希克遇到的问题对你我来讲也不陌生，越来越无处不在的移动设备对持续供电提出要求只是时间问题。于是，他决定重拾特斯拉的梦想，寻找新的无线电力传输的方法。从广义角度来看，目前已经渗入到世界每个角落的无线电信号——收音机、卫星电视、手机、WiFi网络——其实都是无线传输能量的实例，只是非常微弱。虽然这种技术在传输信息方面得心应手，但用来传输电力却行不通，因为辐射形式传播的损耗太大，而且总让人缺乏一点安全感——现有的手机信号传输功率都受到一些环保激进人员大力抵制，何况是能为整个手机供能的电磁波强度。因此索尔贾希克决定不采用特斯拉的长距离传输方案，而是寻找中等距离范围的相对低功率电力传输方法，为各种移动设备充电——甚至直接供电。
最终，他的目光落在了耦合共振现象上：当两个物体的固有频率被调节一致之后，它们之间将出现强烈的能量交换，即共振，而与其它物体反应微弱。该现象一个著名的例子，在一排玻璃杯中注入不同分量的水，形成不同的固有频率。此时若一位歌唱家的声音恰好与其中一个杯子的频率一致，这个杯子就会吸收大量声音能量，甚至可能碎掉，而别的杯子则安然无恙。物体对磁场振动的反应也有类似的特点。
早期实验系统由两个铜线圈组成，每一个都是自谐振系统。其中一个与交流电源相接，作为发射单元。它并不像天线那样发射电磁波，而是在周围形成以MHz数量级的频率振荡的非辐射磁场。这个磁场作为媒介将能量传送至另一个经过专门调制的线圈(接收单元)，使之产生共振。该过程中的共振特性保证发射单元与接收单元之间能量交换十分强烈，而与周围其它物体反应微弱。项目参与人员之一，麻省理工学院的罗伯特·莫法特(Robert Moffatt)解释说：“采用非辐射磁场的关键优势在于，大部分没有被接收线圈吸收的能源仍然会滞留在发射单元附近，而不会白白流失掉。”
这个原理听起来似乎有点耳熟：传统变压器内部两级线圈之间也是依靠磁感应传输电力——虽然发射线圈和接收线圈之间的距离非常短，有时候甚至需要相互重叠，但它们并没有接触。然而，当两个线圈之间的距离增大至超过线圈的尺寸时，传统变压器的效率将急剧下滑。Witricity的创始人之一，麻省理工学院电子研究实验室的博士后助理阿瑞斯德迪斯·卡拉里斯(Aristeidis Karalis)指出：“这就是耦合共振发挥魔力的地方了。(长距离传输中)普通的非共振磁感应的效率几乎不到我们这个系统的100万分之一。”为了使两个线圈达到激烈共振所需的“强耦合”状态，需要用到WiTricity自2007年以来注册的多项专利技术“对谐振器和整个电子系统进行全新设计，并控制其在面临多变的环境因素及系统电磁负载情况时保持高度共振。”沙茨说，但他并没有进一步透露具体技术细节。
推向市场
由于使用非辐射的磁场作为媒介，WiTricity技术的电力传输范围比较有限，假如线圈尺寸减小的话，其范围还将进一步缩小。在已经调制到强耦合状态的系统中，它可以为数米范围内的设备供电，只要中间没有尺寸远远大于线圈的金属障碍物。对于一个笔记本大小的线圈，隔着一个房间的距离为它提供驱动笔记本的电力绰绰有余。但是，尽管在实验中的表现比传统变压器出色很多，随着距离的增加，耦合 共振的传输效率仍会下降。不过与我们最初的猜想不同，发射和接收能量的线圈之间的相对位置在传输效率方面影响并不大。“我们成功建立过两个线圈互相垂直、平行或者共面的系统。”沙茨说。从他提供的一张距离与效率的关系曲线图来看，如果设备功率不大，那么即使在2米以外的范围约30％的传输效率还是可以接受的。
“虽然在理想状态下，我们期望这种传输过程的效率能达到接近100％，但在实际使用中，70％～80％传输效率就比较令人满意了。”索尔贾希克说。且前，他们打造的最高效率系统由两个直径为60厘米的线圈及振荡频率为10MHz的磁场组成，可以在2米远的地方达到约50％的效率。“近期，我们大部分的工程和产品开发活动都集中在减小谐振器与相关控制电路的尺寸，优化其形状参数上，以便将它们嵌入到各种产品与系统中。”沙茨说到，“同时我们也开发了数种策略，在近场耦合理论的物理极限内扩展电力传输的有效范围。其中包括使用主动或被动的谐振器(作为中继)给远处的设备提供电力。”除此之外，研究人员还在试验用银或者其它材料改善性能，减小尺寸并提高效率。
去年早些时候，WiTricity的研究人员展示了他们的“嵌入式解决方案”，将线圈置入笔记本或者平板电视中，甚至还展示了可以为电动汽车无线充电的原型充电器，传输功率高达3千瓦。
另一方面，WiTricity技术的竞争对手似乎比预想的来得更快。英特尔的创新实验室的工程师也展示了一项与其非常类似的实验，通过耦合共振的两个线圈给喇叭和灯泡提供电力。该项目的首席研究员乔什·史密斯(Josh Smith)说：“我们的实验建立在(麻省理工学院研究人员)曾演示过的基础之上，并用不同的方法进行扩展。”虽然他表示他的小组希望把这项技术应用到英特尔的产品中，但随后也补充说目前还没有推出产品的计划。
对此，沙茨表示，英特尔的项目与为数不少的其它实验一样，离推出最终产品还有很长的路要走。“很多公司都宣称在进行(无线电力传输的)研究，但尚未有产品出现。”他说，如果这些公司真的打算制造产品，那么可能会有知识产权的纠纷，因为索尔贾希克的团队在公布这一技术之前就已经申请了专利。“他们需要考虑的不仅有技术问题，还有产权问题。”他说。
推出自己的产品之前，WiTricity也需要向普通用户解释一些问题。比如，这种近磁场是否安全?会不会像每天在家做磁核共振扫描一样，或者至少让信用卡报废?“这些高频振荡的磁场非常微弱，其测量强度仅有微特斯拉(百万分之一特斯拉)数量级。因此它们不会对磁存储设备或电磁设备产生影响，如信用卡和喇叭。根据系统设计，用户将面临的磁场强度低于现有关于振荡电磁场暴露的规定，因此既不会有直接暴露的安全隐患也不会由于非共振金属物品(如项链)获取能量而出危险。”沙茨说。
如果一切顺利，5个月之后我们就可以从商场把不需要电源线的笔记本提回家了——假如价钱合理的话。而一个更诱人的无线家庭，似乎也不那么遥远了。
今年年初，内华达州拉斯维加斯市举行的2010年国际消费电子展(Consumer Electronics Show，CES)上，一台来自海尔公司的液晶电视吸引了众多观众的目光。这个外表并不出众的大玩具(下页图)简洁得几乎让人感觉少点什么——事实的确如此，它没有包括电源线在内的任何尾巴。你看到的画面信号是通过名为无线家庭数字接口(Wireless Home Digital Interface，WHDI)的传输技术送到电视中的。而点亮屏幕，推动喇叭所需的电力则来自电视机身后那个看起来有点虚张声势的黑色方盒。
海尔公司青岛总部的媒体发言人孙鲲鹏显然不是第一次被问起这台被称作“无尾电视”的玄机何在。他的来信中引用该公司研发工程师的简短介绍说，这台电视“采用了与麻省理工学院合作的无线电力传输技术，能够在不借助电线的情况下利用‘非辐射性磁耦合共振’原理实现远距离高效无线电力传输，这也是无线电力传输技术首次成功应用于电视接收终端。”
孙所说的“非辐射性磁耦合共振”技术，正是麻省理工学院孵化出的公司WiTricity的主攻课题，用于实现中长距离的无线电力传输。该公司目前正在努力将这项技术加以改进，以便把它整合到笔记本、手机等小型设备中。WiTricity商务拓展与市场部门主任大卫·沙茨(David Schatz)表示，该公司的首批产品有望在今年年底之前正式面市。海尔的这台展示机可以看作是无线电力传输技术正式商业化的第一步。特斯拉的无线城市
就像大多数令人惊叹的技术革新一样，这个故事也由看起来鸡毛蒜皮的小问题揭开序幕。数年前的一个深夜，WiTricity的创始人，麻省理工学院的物理学助理教授马林·索尔贾希克(Marin Soljacic)愤怒地站在桌子旁边，盯着那个将他从床上拖起来的手机。“那天我大概已经是当月第6次被手机电量不足的警报声吵醒，”索尔贾希克说，“每次它都会不厌其烦地发出响声，直到你为它插上充电器为止。如果能让手机自动充电该多好。”他希望找到一种方法，使得这些依靠电池运转的小玩意儿只要留在房间中就可以不断获得电能。
当然，索尔贾希克不是第一个冒出这种想法的人。一个多世纪以来，探索无线传输电力技术的人不计其数。当中影响最大的是上世纪初的“疯狂科学家”，交流电之父尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)。在特斯拉线圈模型中，电路的主线圈(发射源)和次级线圈(接收端)之间采用松散耦合，两者之间的磁场重合率只有约10％～20％，因此不是靠电磁波，而是通过两个振荡电路之间的谐振传输电能。
后期的大规模实验中，特斯拉利用拥有垂直电压梯度的大气作为传导界面，与整个地球建立电气共振。他期望能由此从地球磁场以及其它辐射来源中产生电能。“用不了几代人的时间，就可以从宇宙中任何一处获得能量来发动我们的机器。”特斯拉曾在《高频高压交流电相关实验》一书中写到。
可惜的是，特斯拉为给所有人提供免费能源而修建的沃登克里弗塔(Wardenclgffe Tower)，由于投资人约翰·皮尔庞特·摩根(John Pierpont Morgan)看不到投资回报的希望，以及最后一刻仍然存在的设计缺陷抱憾而终，特斯拉无线城市的梦想未能实现。隔空充电
我们在有线的世界中安稳地生活了近一个世纪之后，突然间又涌出对无线传输技术的渴求来——索尔贾希克遇到的问题对你我来讲也不陌生，越来越无处不在的移动设备对持续供电提出要求只是时间问题。于是，他决定重拾特斯拉的梦想，寻找新的无线电力传输的方法。从广义角度来看，目前已经渗入到世界每个角落的无线电信号——收音机、卫星电视、手机、WiFi网络——其实都是无线传输能量的实例，只是非常微弱。虽然这种技术在传输信息方面得心应手，但用来传输电力却行不通，因为辐射形式传播的损耗太大，而且总让人缺乏一点安全感——现有的手机信号传输功率都受到一些环保激进人员大力抵制，何况是能为整个手机供能的电磁波强度。因此索尔贾希克决定不采用特斯拉的长距离传输方案，而是寻找中等距离范围的相对低功率电力传输方法，为各种移动设备充电——甚至直接供电。
最终，他的目光落在了耦合共振现象上：当两个物体的固有频率被调节一致之后，它们之间将出现强烈的能量交换，即共振，而与其它物体反应微弱。该现象一个著名的例子，在一排玻璃杯中注入不同分量的水，形成不同的固有频率。此时若一位歌唱家的声音恰好与其中一个杯子的频率一致，这个杯子就会吸收大量声音能量，甚至可能碎掉，而别的杯子则安然无恙。物体对磁场振动的反应也有类似的特点。
早期实验系统由两个铜线圈组成，每一个都是自谐振系统。其中一个与交流电源相接，作为发射单元。它并不像天线那样发射电磁波，而是在周围形成以MHz数量级的频率振荡的非辐射磁场。这个磁场作为媒介将能量传送至另一个经过专门调制的线圈(接收单元)，使之产生共振。该过程中的共振特性保证发射单元与接收单元之间能量交换十分强烈，而与周围其它物体反应微弱。项目参与人员之一，麻省理工学院的罗伯特·莫法特(Robert Moffatt)解释说：“采用非辐射磁场的关键优势在于，大部分没有被接收线圈吸收的能源仍然会滞留在发射单元附近，而不会白白流失掉。”
这个原理听起来似乎有点耳熟：传统变压器内部两级线圈之间也是依靠磁感应传输电力——虽然发射线圈和接收线圈之间的距离非常短，有时候甚至需要相互重叠，但它们并没有接触。然而，当两个线圈之间的距离增大至超过线圈的尺寸时，传统变压器的效率将急剧下滑。Witricity的创始人之一，麻省理工学院电子研究实验室的博士后助理阿瑞斯德迪斯·卡拉里斯(Aristeidis Karalis)指出：“这就是耦合共振发挥魔力的地方了。(长距离传输中)普通的非共振磁感应的效率几乎不到我们这个系统的100万分之一。”为了使两个线圈达到激烈共振所需的“强耦合”状态，需要用到WiTricity自2007年以来注册的多项专利技术“对谐振器和整个电子系统进行全新设计，并控制其在面临多变的环境因素及系统电磁负载情况时保持高度共振。”沙茨说，但他并没有进一步透露具体技术细节。
推向市场
由于使用非辐射的磁场作为媒介，WiTricity技术的电力传输范围比较有限，假如线圈尺寸减小的话，其范围还将进一步缩小。在已经调制到强耦合状态的系统中，它可以为数米范围内的设备供电，只要中间没有尺寸远远大于线圈的金属障碍物。对于一个笔记本大小的线圈，隔着一个房间的距离为它提供驱动笔记本的电力绰绰有余。但是，尽管在实验中的表现比传统变压器出色很多，随着距离的增加，耦合 共振的传输效率仍会下降。不过与我们最初的猜想不同，发射和接收能量的线圈之间的相对位置在传输效率方面影响并不大。“我们成功建立过两个线圈互相垂直、平行或者共面的系统。”沙茨说。从他提供的一张距离与效率的关系曲线图来看，如果设备功率不大，那么即使在2米以外的范围约30％的传输效率还是可以接受的。
“虽然在理想状态下，我们期望这种传输过程的效率能达到接近100％，但在实际使用中，70％～80％传输效率就比较令人满意了。”索尔贾希克说。且前，他们打造的最高效率系统由两个直径为60厘米的线圈及振荡频率为10MHz的磁场组成，可以在2米远的地方达到约50％的效率。“近期，我们大部分的工程和产品开发活动都集中在减小谐振器与相关控制电路的尺寸，优化其形状参数上，以便将它们嵌入到各种产品与系统中。”沙茨说到，“同时我们也开发了数种策略，在近场耦合理论的物理极限内扩展电力传输的有效范围。其中包括使用主动或被动的谐振器(作为中继)给远处的设备提供电力。”除此之外，研究人员还在试验用银或者其它材料改善性能，减小尺寸并提高效率。
去年早些时候，WiTricity的研究人员展示了他们的“嵌入式解决方案”，将线圈置入笔记本或者平板电视中，甚至还展示了可以为电动汽车无线充电的原型充电器，传输功率高达3千瓦。
另一方面，WiTricity技术的竞争对手似乎比预想的来得更快。英特尔的创新实验室的工程师也展示了一项与其非常类似的实验，通过耦合共振的两个线圈给喇叭和灯泡提供电力。该项目的首席研究员乔什·史密斯(Josh Smith)说：“我们的实验建立在(麻省理工学院研究人员)曾演示过的基础之上，并用不同的方法进行扩展。”虽然他表示他的小组希望把这项技术应用到英特尔的产品中，但随后也补充说目前还没有推出产品的计划。
对此，沙茨表示，英特尔的项目与为数不少的其它实验一样，离推出最终产品还有很长的路要走。“很多公司都宣称在进行(无线电力传输的)研究，但尚未有产品出现。”他说，如果这些公司真的打算制造产品，那么可能会有知识产权的纠纷，因为索尔贾希克的团队在公布这一技术之前就已经申请了专利。“他们需要考虑的不仅有技术问题，还有产权问题。”他说。
推出自己的产品之前，WiTricity也需要向普通用户解释一些问题。比如，这种近磁场是否安全?会不会像每天在家做磁核共振扫描一样，或者至少让信用卡报废?“这些高频振荡的磁场非常微弱，其测量强度仅有微特斯拉(百万分之一特斯拉)数量级。因此它们不会对磁存储设备或电磁设备产生影响，如信用卡和喇叭。根据系统设计，用户将面临的磁场强度低于现有关于振荡电磁场暴露的规定，因此既不会有直接暴露的安全隐患也不会由于非共振金属物品(如项链)获取能量而出危险。”沙茨说。
如果一切顺利，5个月之后我们就可以从商场把不需要电源线的笔记本提回家了——假如价钱合理的话。而一个更诱人的无线家庭，似乎也不那么遥远了。