作者:马里兰大学迪纳·根基纳 特斯拉线圈产生的电弧
信用:Airarcs/CC BY-SA 3
0 自从1891年尼古拉·特斯拉用他的线圈向四面八方喷射电流以来，科学家们一直在想办法通过空气输送电能
梦想是给你的手机或笔记本电脑充电，或者甚至是像起搏器这样的医疗设备，而不需要电线和插头
棘手的是让电找到它的预定目标，让目标吸收电，而不是仅仅反射回空气中——最好不要危及任何人
如今，你可以将智能手机放在离充电站一英寸的地方进行无线充电
但是，从房间的一边到另一边，甚至穿过一栋建筑，可用的远程无线电力传输仍在进行中
目前正在开发的大多数方法都包括聚焦窄束能量，并将其对准预定目标
这些方法取得了一些成功，但迄今为止效率不高
聚焦的电磁束在空中飞来飞去令人不安
现在，马里兰大学(UMD)的一组研究人员与康涅狄格卫斯理大学的一名同事合作，开发了一种改进的无线电力传输技术，这种技术可以在没有聚焦和定向能量束的情况下实现远程电力传输
他们的研究结果扩大了以前技术的适用性，于11月发表
17，2020发表在《自然通讯》杂志上
该小组概括了一个被称为“反激光”的概念
“在激光中，一个光子引发一系列相同颜色的光子以相干光束射出
在反激光中，情况正好相反
反激光不是增加光子数量，而是相干地、完美地吸收许多精确调谐的光子束
这有点像时光倒流的激光
由量子材料中心(QMC)的UMD物理学教授史蒂文·安拉格领导的这项新工作表明，在最初的时间反转激光框架之外设计一个相干的完美吸收体是可能的——这是对早期工作中一些关键限制的放松
他们没有假设定向光束沿着直线进入吸收目标，而是选择了一种无序的几何形状，这种几何形状不适合时间倒流
“我们希望在一个完全没有约束的大环境中看到这种效果，”安拉格说
“我们希望有一种随机的、任意的、复杂的环境，我们希望在那些真正苛刻的环境下实现完美的吸收
这就是动机，我们做到了
" 安拉格和他的同事们想创造一种装置，能够从一种更分散的来源接收能量，一种更少光束和更多浴的东西
在应对无线挑战之前，他们将他们的广义反激光设置为电磁波传播的迷宫般的电线
具体来说，他们使用微波，这是一种常见的电力传输应用
迷宫由一堆电线和盒子组成，它们有目的地无序连接
穿过这个迷宫的微波会变得如此混乱，以至于即使有可能逆转时间，也无法解开它们
在这个迷宫的中间埋着一个吸收器，它是传递能量的目标
该小组将不同频率、振幅和相位的微波送入迷宫，测量它们是如何转变的
基于这些测量，他们能够计算出输入微波的精确特性，这将导致完美的功率传输到吸收器
他们发现，对于正确选择的输入微波，迷宫吸收了前所未有的99
999%的电力都是他们送进去的
这清楚地表明，即使没有激光在时间上倒退，也可以实现相干完全吸收
该团队随后向无线电力传输迈出了一步
他们在一个空腔里重复实验，空腔是一个黄铜盘，每个方向几英尺，中间有一个奇怪形状的洞
这个洞的形状是这样设计的，微波会以一种不可预测、混乱的方式在它周围反弹
他们在空腔内放置了一个能量吸收器，并发送微波在空腔内的开放空间内反弹
他们能够找到相干完美吸收的正确输入微波条件
效率996%
法国和奥地利团队最近的合作也展示了在他们自己无序的微波迷宫中的相干完美吸收
然而，他们的实验并不像安拉格和他的同事的新工作那样普遍
在之前的工作中，进入迷宫的微波仍然会被假设的时间反转解开
这看起来似乎是一个微妙的区别，但是作者说，显示连贯的完美吸收不需要环境中的任何种类的顺序，几乎可以适用于任何地方
以这种方式推广以前的技术会带来听起来像科幻小说的想法，比如能够以近乎完美的效率对复杂环境中的任何物体进行无线和远程充电，比如办公楼
这种方案要求电力的频率、振幅和相位根据特定目标进行定制
但是没有必要聚焦高能光束并将其对准笔记本电脑或手机——电波本身将被设计成找到他们选择的目标
“如果我们有一个目标，我们想把能量传递给它，我们将首先使用我们的设备来测量系统的一些特性，”雷震说，他是UMD大学电气和计算机工程的研究生，也是这篇论文的主要作者
“基于这些特性，我们可以为这种系统获得独特的微波信号
它会被物体完全吸收
对于每一个独特的物体，信号将是不同的和特别设计的
" 虽然这项技术显示出巨大的前景，但在无线和无插头办公室出现之前，还有许多工作要做
完美的吸收体关键取决于为吸收体调整合适的功率
环境的微小变化——比如移动目标笔记本电脑或打开房间的百叶窗——需要立即重新调整所有参数
因此，需要有一种方法，在不使用太多功率或带宽的情况下，快速有效地找到最佳吸收条件
此外，需要做更多的工作来确定该技术在现实环境中的有效性和安全性
尽管现在还不是扔掉所有电源线的时候，但是连贯的完美吸收在很多方面都很有用
它不仅适用于任何类型的目标，也不限于光学或微波
“它并不局限于一种特定的技术，”安拉格说，“这是一种非常普遍的波动现象
事实上，它是在微波中完成的，因为这就是我实验室的优势所在
但是你可以用声学做所有这些，你可以用物质波做这些，你可以用冷原子做这些
你可以在很多很多不同的环境中做到这一点
" 除了陈和安拉格之外，卫斯理大学教授赞皮科斯·科托斯也是这篇论文的合著者
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