泽托研究团队决定从无线接收器个别元件的微型化入手。像天线和调谐器这样的元件,可选择频率转换成电脉冲,然后送往扬声器。但是,实践证明将分离的纳米级元件整合起来难度也不小。大约1年前,研究人员灵机一动,也许碳纳米管能做到这一点。短短几天时间,他们就拥有了一个功能良好的收音机,在首次测试中,它收到了两首歌曲。世界科技报道
泽托的纳米接收机,可将无线电波的电磁振荡转换成纳米管的机械振动,反之亦然。研究人员将一个碳纳米管固定在一个和电池相连的金属电极上,纳米管自由端的远处是第二个金属电极。在电极间加上电压后,电子从电池流经第一个电极和纳米管,然后从纳米管尖端跳过微小的间隙到达第二个电极。带有负电荷的纳米管就能“感觉”到一个正在通过的无线电波的振荡。这个无线电波就像所有电磁波一样,同时拥有电波和磁波成分。
这些振荡依次吸引和推斥纳米管尖端,使纳米管的振荡与无线电波同步。当纳米管振荡时,电子继续从它的尖端喷射出来。当尖端远离第二个电极,也就是纳米管弯向一边时,少量的电子就会跨越间隙。这些脉动电信号能复现出编码在无线电波上的音频信息,然后送往扬声器。
研究人员下一步的工作是让纳米收音机不仅能接收信息,还能发送信息。泽托认为这不会很难,因为发射器基本上就是逆向工作的接收器。世界科技报道
纳米发射器将可开启其他应用的大门。比如,附在微型化学传感器上的纳米无线装置,可植入患有糖尿病或其他疾病的病人血管内。如果传感器探测到一种不正常的胰岛素水平或其他一些目标化合物,发射器可将相关信息传送给一个探测器,或者甚至可能是一个可释放胰岛素或其他治疗药物的植入式胶囊。事实上,自从在《纳米通讯》期刊上发表了纳米收音机的论文后,泽托收到了许多从事无线药物输送设备研究的科学家的电话。泽托表示,这已不单是幻想,现在研究工作已确确实实正在前进之中了。
4 无线电源
物理学家正在努力带领我们走进一个无线电源的世界。人物:马里恩·索佳西奇,麻省理工学院定义:无线电源技术,就是无需使用电缆就可将电力传输到设备上。
影响:随着各种无线电源的到来,今后任何低功耗设备,如手机、iPod或笔记本电脑等,无需各种电缆,就能简单地自动充电,或许最终我们可跟电池说再见了。
背景:抛掉电源线,将使今天无所不在的便携式电子产品变成真正的无线产品。不少研究人员和先进技术创新企业正在这一日益成长的领域奋勇争先。世界科技报道
19世纪后叶,电能点亮灯泡的现实促使人们狂热地寻求配送电力的最佳途径。领头羊就是交流发电和供电系统的发明者尼古拉·特斯拉。他有一个把电输送到世界各地的宏伟计划。但要将电送到每个城市、每栋建筑甚至是每个房间,基础设施之庞大是令人难以想像的,特拉斯指出无线输送就是他要走的技术路线。他计划建造一个57米高的塔台,并宣称要将电送到千里之外的某个地方,甚至他已经开始在长岛动工建设这个塔台。虽然他的团队做了一些试验,但在塔台完工前,他的钱用完了。空中传电的豪言壮语很快被人淡忘了,因为工业世界证明自己已经接受了有线送电的现实。
几年前的一天,麻省理工学院助理物理学教授马里恩·索佳西奇被一阵不停的手机蜂鸣声吵醒。他不得不从床上起来,因为如果不把手机放在充电器上,它就会一直响个不停,他也甭想再睡安稳觉了。在朦朦胧胧中,他的脑中开始浮现,如果从进家门开始,手机就能自己充电就好了。世界科技报道
自此,索佳西奇就萌发了寻找用无线方式传送电力的想法。他并没有追求那种像特拉斯一样的远程输电计划,他决定寻找一种可为手机、PDA和笔记本电脑等便携式设备充电或供电的中距离输电方式。他首先想到了无线电波,无线电波能通过空气有效地发送信息,但他很快发现它们的大部分能量会在空气中被损耗掉。而像激光这样更有针对性的方法则需要清晰的视线,而且还可能会对路径上的东西带来不利影响。最后,他终于找到了既有效又安全的方法,它既能直接给接收器供电,又不会在周边环境中损失能量。
他把思维落在了共振耦合现象上。共振耦合指的是调谐到相同频率的两个物体能强烈地交换能量,但是对其他物体的影响很弱。一个典型的例子就是,拿一套玻璃酒杯,每个放在不同的层,这样玻璃杯就在不同的声频下振动。如果一个歌手的声音正好和其中一个玻璃杯的频率相匹配,这个玻璃杯就可能吸收足够多的能量而破碎,其他玻璃杯则毫发无损。
索佳西奇发现磁共振是传输电力的一个很有希望的手段,因为磁场在空中自由穿行,而且对环境没有太大影响,只有在一定频率下才会对人产生影响。在同事的协助下,他设计了一个简单的装置,以无线方式给一个60瓦的灯泡供电。
研究人员制作了两个共振铜线圈,并将它们悬挂在约两米开外的天花板上。当他们将一个线圈插入墙上的电源时,流经线圈的交流电就建立了一个磁场。调谐在同一频率并连有灯泡的第二个线圈与磁场发生共振产生电流,继而点亮灯泡。这种现象甚至在线圈之间有一层薄墙时也能实现。世界科技报道
迄今,最有效的设置为60厘米的铜线圈和一个10兆赫兹的磁场。电力传输距离超过2米,效率约为50%。研究人员正在研究银和其他材料,以减小线圈的尺寸和提升效率。索佳西奇表示,最理想的情况当然是达到100%的效率,但从实际应用出发,能达到70%—80%的效率就可以了。
无需连接线就可给电池充电的其他方法正在不断涌现。很多先进技术创新公司已经向市场上推出这样的适配器和基座,这些产品允许用户在家里,在某些情况下也可在车里以无线方式给手机、MP3播放器及其他设备充电。索佳西奇的技术与他们的不同之处是,未来某一天,无论什么时候设备进入无线发射器的范围内,无需基座就能实现设备的自动充电。
这项工作已经吸引了消费电子公司和汽车业的目光。美国国防部也给这项研究投了资,期望它能给战士提供一种给电池自动充电的途径。不过,索佳西奇仍然对可能和谁合作守口如瓶。
索佳西奇称,在今天电池仍大行其道的世界里,无线输电技术有如此多的可以大显身手的应用场合,这只能说明该技术强大的生命力。 tech.icxo.com |