WiFi信號(hào)屬于雜散能源 尚難實(shí)現(xiàn)萬物通電即可互聯(lián)

每天，你用手機(jī)接上WiFi、打開網(wǎng)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(shí)有研究證明了其可行性。近日，外媒報(bào)道了一項(xiàng)重大突破——科學(xué)家將WiFi信號(hào)轉(zhuǎn)化為電能。通俗點(diǎn)說，就是通過WiFi發(fā)電。這意味著，未來或許會(huì)出現(xiàn)無電池手機(jī)、無電池筆記本電腦……沒電了，連上WiFi即可充電使用。

此次技術(shù)突破，有賴于新研發(fā)出的“硅整流二極管天線”。它能為沒有電池的智能手機(jī)、筆記本電腦、可穿戴設(shè)備等提供電能。據(jù)報(bào)道，在該項(xiàng)研究中，當(dāng)硅整流二極管天線接觸到約150微瓦的WiFi信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生約40微瓦的電量。

那么，WiFi信號(hào)是如何被轉(zhuǎn)化為電能的？電能也可以被轉(zhuǎn)化為WiFi信號(hào)嗎？通訊信號(hào)與能源之間可否實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)化？

WiFi信號(hào)屬于雜散能源

實(shí)際上，除WiFi信號(hào)外，我們身邊還有很多能源可被轉(zhuǎn)化為電能。比如，無線電波、機(jī)械能、人體熱擴(kuò)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(jī)械能源為例，它包括車輛在行進(jìn)過程中部件產(chǎn)生的振動(dòng)能量、重型設(shè)備運(yùn)動(dòng)或作業(yè)時(shí)引起建筑物振動(dòng)從而產(chǎn)生的能量、人在步行過程中踏步產(chǎn)生的動(dòng)能、手臂的擺動(dòng)乃至血壓的變化所帶來的動(dòng)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(huán)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(guó)科學(xué)院電工研究所研究員劉國(guó)強(qiáng)告訴科技日?qǐng)?bào)記者，上世紀(jì)中葉出現(xiàn)的自動(dòng)手表，就是利用手腕擺動(dòng)的機(jī)械能使表內(nèi)發(fā)條卷緊，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)手表工作。

不過，WiFi信號(hào)與其他的雜散能源不同，它是高頻電磁波。考慮到其對(duì)人體健康的影響，WiFi信號(hào)在人類活動(dòng)范圍內(nèi)通常能量很小。需要采用整流二極管天線，來接收無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，并經(jīng)過整流濾波轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為直流電能的器件，也是高頻電磁信號(hào)被轉(zhuǎn)化為直流電的‘橋梁’，即WiFi信號(hào)被轉(zhuǎn)化為電能的‘橋梁’?！眲?guó)強(qiáng)說。

“目前，各國(guó)都逐漸意識(shí)到雜散能源的重要性，這一方向已成為研究熱點(diǎn)。研究工作最終要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是，以捕獲雜散能源的模式，部分取代甚至全部取代現(xiàn)有化學(xué)電池供電模式。”劉國(guó)強(qiáng)介紹道，若能利用雜散能源捕獲發(fā)電技術(shù)，以后或許就不再需要更換電池了，科學(xué)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(xiàn)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(jīng)二次手術(shù)更換電池。而未來的心臟起搏器，可利用心跳釋放的動(dòng)能進(jìn)行充電。已有研究人員在現(xiàn)有心臟起搏器上添加一塊聚合物薄片，使心跳的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，供起搏器正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

尚難實(shí)現(xiàn)萬物通電即可互聯(lián)

既然雜散的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)可被轉(zhuǎn)化為電能，那么電能有無可能被轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)萬物通電即可互聯(lián)呢？

“理論上，萬物通電即可互聯(lián)是有可能實(shí)現(xiàn)的。”劉國(guó)強(qiáng)解釋道，一種可能的方式是，利用電能驅(qū)動(dòng)高頻振蕩器產(chǎn)生高頻信號(hào)，再通過高頻功率放大器放大信號(hào)，接著使用倍頻器、變頻器、調(diào)制器和解調(diào)器進(jìn)行信號(hào)變換，之后使用天線將電磁波發(fā)射出去，便可實(shí)現(xiàn)電能到網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的轉(zhuǎn)化。

“但目前還沒有直接、簡(jiǎn)單的手段，能把雜散能源轉(zhuǎn)化成無線信號(hào)?！眲?guó)強(qiáng)說。

雖然雜散能量捕獲技術(shù)、無線通信技術(shù)與無線電能傳輸技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得一定范圍內(nèi)物體之間的能量和信號(hào)轉(zhuǎn)化成為可能。但要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還需時(shí)日。其中，找到新材料、實(shí)現(xiàn)材料領(lǐng)域的技術(shù)突破，是一大難點(diǎn)，而減小發(fā)電裝置的體積、提高轉(zhuǎn)化效率是實(shí)驗(yàn)成果落地的關(guān)鍵。

“能源是一種客觀存在，如同桌椅板凳。點(diǎn)燃火柴就產(chǎn)生熱能，說話就能產(chǎn)生震動(dòng)能。但這些能源不能被直接轉(zhuǎn)化為無線信號(hào)?！?a target="_blank">電子科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院副研究員汪相如解釋道，因?yàn)樾盘?hào)是有序的，如果不進(jìn)行調(diào)制，我們所獲取的聲波、電磁波也不過是來自環(huán)境的干擾。

“信息的傳播需要編碼和解碼這兩個(gè)過程，還需要信息收發(fā)雙方間的對(duì)碼和協(xié)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(hào)需要“特殊加工”后才能被傳遞和獲取。

“現(xiàn)階段來看，把電能轉(zhuǎn)化為WiFi，只是一種美好的設(shè)想?；蛟S未來的某一天，在一些新材料出現(xiàn)后，這些雜散能源可直接驅(qū)動(dòng)新器件然后發(fā)射信號(hào)?！眲?guó)強(qiáng)說。