導讀： 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(fā)電。這意味著，未來或許會出現(xiàn)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。
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(fā)電。這意味著，未來或許會出現(xiàn)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(fā)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(jù)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(xiàn)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(yè)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(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(xiàn)的自動手表，就是利用手腕擺動的機械能使表內發(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(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(xiàn)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(xiàn)萬物通電即可互聯(lián)
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(xiàn)萬物通電即可互聯(lián)呢？
“理論上，萬物通電即可互聯(lián)是有可能實現(xiàn)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(fā)射出去，便可實現(xiàn)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(fā)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(xiàn)這一目標，還需時日。其中，找到新材料、實現(xiàn)材料領域的技術突破，是一大難點，而減小發(fā)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(huán)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(fā)雙方間的對碼和協(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(xiàn)后，這些雜散能源可直接驅動新器件然后發(fā)射信號。”劉國強說。