真正的隔空充电,要来了!

手机充电的下一个时代来了。


今天上午十点半,小米发布了来自未来的充电方式:隔空充电,取名为MI Air Charge,此次小米隔空充电功率达到了5W,并且已经在基于小米11的工程机上实现。


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考虑到手机日常使用的强度,5W的无缝充电其实已经能够满足大众需求。并且小米的隔空充电,已经可以实现多设备充电、移动充电、边玩边充等功能。小雷认为,截止到目前,小米隔空充电方案,是技术可行度最高的方案。


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为什么小雷会这么自信,这要从隔空充电的发展说起。


隔空充电的尝试


如今我们使用的无线充电源于电磁感应技术,这里温习一下高中知识:电生磁、磁生电,而变化的磁场产生电场。


无线充电器里的线圈会在你手机接触的时候,会不断改变充电器内的电流大小,生成变化磁场,由于电磁感应原理,你手机内部的线圈会将磁场变成电场,向手机充电。


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图片来源:Belkin


不过,这种充电模式也有着很大限制,那就是传输距离短,并且需要线圈对准,手机才能够正确感应。


其实,关于手机远距离充电,一直都有人在探索解决方案,时至今日,可行的隔空充电模式变为了两种,一种名为磁场共振,另一种名为激光充电。


先说磁场共振,2007年,麻省理工学院提出了他们的构思:将声音共振的原理活用到电磁波上,只要用两个“频率相同”的线圈,一端辐射特定频率的电磁波,在另一端就能引发共振,产生电力。


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作为新一代无线充电技术,磁场共振可实现数米的传输距离,可传输功率也从瓦来到了千瓦级。


磁场共振,也是电气大神尼古拉·特斯拉感兴趣的内容。在一个多世纪前,特斯拉就做到了远距离隔空点亮电灯。


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特斯拉手稿


如此成熟的磁场共振,为何迟迟没有进展?


磁场共振虽然实现了隔空充电,但它的缺点也很明显:若想在几米外进行充电,磁场共振需要强磁场作为基础,而强磁场有可能会产生健康风险,不符合国家安全规定。


因此,现在的磁场共振无线充电技术,一般都用在餐馆的“无线充电桌”:桌上内嵌一个小桌板,桌底则是无线充电器,可以隔着桌子进行磁场共振充电。国内已经有浙江微鹅科技,上海楚山科技等企业进行研发。


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桌上的充电小桌板


和需要强磁场的磁场共振相比,激光充电显然要先进得多。大家都知道,激光是一束光直直发射出去,这恰好也是它的优势:相较于磁场的“辐射”,激光的能量密度高、方向性强,在安全性上更容易实现。


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在科学性上,激光充电的可行性早已被证明,2010年,LazerMotive就通过激光提供能量让无人机在空中连续飞行 12 小时;2017年,华盛顿大学就成功实现了手机的激光充电。


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手机厂商也明显对激光充电更感兴趣:2020年4月1日愚人节,OPPO公布了名为“FreeVooc”隔空充电概念视频,虽然只是恶搞,但VOOC首席工程师张加亮的回应却耐人寻味。


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在4月25日的视频中,张加亮更是直接表示,隔空充电在技术上已经可以实现,问题是成本过高,产品化有难度。


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无独有偶,在去年9月,华为也向媒体曝光过激光充电的方案,华为表示,再经过两三代手机,华为就可以实现激光充电的量产化。


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华为的激光充电演示图


今天,摩托罗拉也发布了自己的激光(可能是红外)隔空充电来“截胡”小米,可以看出,激光方案其实已经有了基本的可行性。


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那为什么小雷还认为,小米的方案是迄今为止最成熟的呢?


小米的努力


相较于OPPO、华为和摩托罗拉的激光方案,小米则将目光投向了毫米波。在小米的公告中,他们利用波束成形技术,将毫米波定向发送给手机。


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虽然小米没有提到更多的技术细节,但毫米波如果成功的话,那它相较传统激光拥有更多优势。第一就是安全问题,激光虽然好,但最大问题就是能量过高,如果激光长期照射到手上,可能会产生灼伤,毫米波则要安全得多。


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摩托罗拉和华盛顿大学的激光方案中,都采用了用手阻挡就会断电的方式,根据华盛顿大学的解释,他们其实是在担心激光灼烧皮肤。在华为的专利中,我们也能看到类似“保护系统”的描述,只要手阻挡到反射激光,就会立刻中断充电。


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除了安全问题外,毫米波由于频率低、波长长,它的绕射性也比激光好很多。激光用手挡着,可能就会中断,而毫米波+波束成形,基本可以保证它能绕过小规模障碍物,至少在房间内肯定是没难度的。


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小米的异物阻挡演示


而激光不成熟的另一大原因在于成本。激光充电至今都没有离开视距通信(LOS)的范畴,视距通信这一词代表着,激光充电是点对点直线传播,只要位置一变,就必须重新定位。


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为了解决定位问题,激光充电沿用了LOS通信领域的常规手段,内置一个接收器进行定位。华为就通过内置接收器实现的这一方案,根据OPPO的概念视频和微博用户@薛定谔的英短咕咕咕 爆料来看,他们也使用了专用接收器实现重新定位。


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而小米的解决方案更加聪明,既然都用了毫米波,那用天线不就完事了?在小米的方案中,“充电桩”采用的是5个相位干涉天线,而手机则内建了信标天线和接收天线阵列。相较于特定的激光接收器,天线无疑是手机厂商的强项,它也更容易集成到传统手机天线中。


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从目前来看,小米的毫米波隔空充电对于手机的改装最小,小米11支持隔空充电的这一事实,也有力证明了毫米波天线技术的成熟性。更进一步讲,毫米波隔空充电的低成本,也让它有可能成为未来手机隔空充电的标准。


无线的未来


其实,小米的成功也不是一蹴而就的,在微博用户@颐心 的爆料中,小米隔空充电的构思在MIX 3时代(2018年10月)就已经开始。在宣传中,小米也特别强调了“自研”二字,17项技术专利和小型化天线阵列,也足以说明小米为此付出的心血。


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近两年,小米在充电领域上的进步堪称飞跃,今年也在无线充电领域进行了大手笔投资(帝奥微电子、南芯半导体、纳微半导体等)。随着IoT家电的成熟,小米很可能会将隔空充电这项技术带到家电领域,音箱、台灯等产品会成为隔空充电的受益者。


而小米显然也并不满足于此,根据@薛定谔的英短咕咕咕 的爆料,小米有可能会将超宽频芯片(UWB)技术用于隔空充电的定位上。


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UWB技术在苹果生态中体现出了惊人的准确度


此前小米已经发布了“一指连”技术,各个设备之间的独立联动和测距,或许会让隔空充电的准确度和可操控性更上一层楼。


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对于无线未来,很多厂商都有着自己的想法,苹果曾提出过WiFi充电、三星曾拿出过充电戒指……随着小米的惊艳出手,2021年我们会在充电领域看到更多惊喜,它甚至可能是通过IoT设备的一张船票。