自从尼古拉·特斯拉在1891年用他的线圈成功试验了无线电力传输以来，科学家们就一直在想办法通过空气传输电力。他们的梦想是为手机或笔记本电脑充电，甚至是为心脏起搏器等医疗设备充电，而不需要电线和插头。难题的是如何让电找到它的目标，并让目标吸收电，而不是将电反射到空气中，同时不会危及到沿途的任何人。

目前，只要将智能手机放在距离充电站一英寸以内的地方，就可以为其无线充电。但是，从一个房间的一侧到另一个房间，甚至跨越一栋建筑的远距离无线电力传输仍然是未解决的难题。目前正在开发的大多数方法都涉及聚焦狭窄的能量束，并将其瞄准预定目标。这些方法取得了一定的成功，但迄今为止效率不高。而且让聚焦的电磁束在空中飞来飞去，让人感到不安。

“反激光”技术可能实现远距离无线电力传输

现在，美国马里兰大学的一个研究小组与康涅狄格州卫斯理安大学合作，开发出了一种改进的无线电力传输技术，可能有望在没有狭隘聚焦和定向能量束的情况下实现远距离电力传输，他们的研究成果拓宽了以往无线电力传输技术的适用性。

该研究团队提出了一个被称为"反激光 "的概念。在激光器中，一个光子会引发许多同色光子的级联，以相干光束的形式射出。在反激光器中，情况正好相反。反激光不是增加光子的数量，而是相干地、完美地吸收许多精确调整的光子束，这有点像激光在时间上倒退运行。

马里兰大学量子材料中心的物理学教授史蒂文·安拉奇

马里兰大学量子材料中心的物理学教授史蒂文·安拉奇领导的研究团队已经证明，在原有的时间倒转激光框架之外设计一个相干的完美吸收器是可能的。他们没有假设定向光束沿着直线进入吸收目标，而是选取了一个无序的、不便于在时间上反向运行的几何体。

安拉奇说："我们想在一个完全通用的环境中看到这种效果，在那里没有约束。我们想要一种随机的、任意的、复杂的环境，我们想在那些真正苛刻的环境下让完美的电力吸收发生。这就是我们的目标，我们做到了。"

 

CPA状态测量的实验设置

安拉奇团队想要创造一种能够从更漫射的源头接收能量的设备。在解决无线挑战之前，他们将通用反激光设置为一个迷宫，让电磁波穿过。具体来说，他们使用了微波，这是一种常见的功率传输应用。这座迷宫由一堆电线和盒子组成，它们以一种有意的无序方式连接在一起。微波经过这个迷宫时，会纠缠在一起，即使可以逆转时间，也无法解开它们。

埋在这个迷宫之中的是一个吸收器，也就是要传递力量的目标。研究小组将不同频率、振幅和相位的微波送入迷宫，并测量它们是如何转化的。根据这些测量结果，他们能够计算出输入微波的确切属性，从而实现向吸收器的完美功率传输。他们发现，对于正确选择的输入微波，迷宫吸收了他们送入的99.999%的功率，这是前所未有的。这表明，即使没有激光在时间上的倒退运行，也可以实现相干的完美吸收。

四面体图中选定的S矩阵特征值与衰减器设置的函数关系图，显示了近零交叉轨迹

随后，该团队向无线功率传输迈出了一步。他们在一个空腔中重复了实验，这是一块每个方向都有几英尺长的黄铜板，中间有一个奇形怪状的孔。洞的形状被设计成微波会以一种不可预知的、混乱的方式在它周围反弹。他们在洞内放置了一个功率吸收器，并将微波送入洞内的开放空间，使其在洞内反弹。他们能够找到合适的输入微波条件，以99.996%的效率实现相干完美吸收。

法国和奥地利的一个团队最近也在自己的无序微波迷宫中证明了相干完美吸收。然而，他们的实验并不像安拉奇团队的研究那样具有普遍性。在之前的研究工作中，进入迷宫的微波仍然会被假设的时间逆转所解开。这似乎是一个微妙的区别，但科学家们说，显示出相干的完美吸收不需要环境中的任何一种秩序，几乎在任何地方都可以适用。

 

 

两个CPA状态的演示

以这种方式出现的技术可能会引出一些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，比如办公楼进行无线和远程充电。这样的方案需要根据特定的目标定制调整电力的频率、振幅和相位。但就不需要将高功率的光束聚焦并瞄准笔记本电脑或手机，电波本身将被设计成能找到它们所选择的目标。

马里兰大学电气和计算机工程研究生、论文的主要作者陈磊说：\\\"如果我们有一个想要传递功率的物体，我们将首先使用我们的设备来测量系统的一些属性，根据这些特性，我们可以得到这种系统特有的微波信号。而且会被物体完美地吸收。对于每一个独特的物体，信号将是不同的，而且是特别设计的。"

 

理想化仿真中CPA状态的电压曲线和功率分布情况

虽然，这种技术显示出了巨大的应用前景，但在无线和无插头办公室的出现之前，还有很多工作要做。完美的吸收器关键取决于功率是否被调整得恰到好处。环境的轻微变化，例如移动目标笔记本电脑或提高房间的百叶窗都需要立即重新调整所有参数。因此，需要有一种方法能够快速有效地找到合适的条件，以便在电力传输中实现完美的吸收，而不需要使用过多的功率或带宽。此外，还需要做更多的研究来确定这种技术在现实环境中的功效和安全性。

即使现在还没有到扔掉所有电源线的时候，相干完美吸收可能在很多方面都会派上用场。它不仅通用于任何类型的目标，也不限于光学或微波。安拉奇教授表示：\\\"它并不拘泥于某一种特定的技术，这是一种非常通用的波现象。事实上，它是在微波中完成的，只是因为这是我实验室的优势所在。但你可以用声学来做这些，你也可以用物质波来做，你可以用冷原子来做。你可以在很多很多不同的背景下做到这一点。"

最新一期的《自然通讯》杂志刊登了这篇研究报告。

来源：今日头条·技术力量