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手機(jī)充電的下一個時代來了。
#小米首發(fā)自研隔空充電技術(shù)#
今天上午十點半，小米發(fā)布了來自未來的充電方式：隔空充電，取名為 MI Air Charge，此次小米隔空充電功率達(dá)到了 5W，并且已經(jīng)在基于小米 11 的工程機(jī)上實現(xiàn)。
考慮到手機(jī)日常使用的強(qiáng)度，5W 的無縫充電其實已經(jīng)能夠滿足大眾需求。并且小米的隔空充電，已經(jīng)可以實現(xiàn)多設(shè)備充電、移動充電、邊玩邊充等功能。小雷認(rèn)為，截止到目前，小米隔空充電方案，是技術(shù)可行度最高的方案。
為什么小雷會這么自信，這要從隔空充電的發(fā)展說起。
隔空充電的嘗試
如今我們使用的無線充電源于電磁感應(yīng)技術(shù)，這里溫習(xí)一下高中知識：電生磁、磁生電，而變化的磁場產(chǎn)生電場。
無線充電器里的線圈會在你手機(jī)接觸的時候，會不斷改變充電器內(nèi)的電流大小，生成變化磁場，由于電磁感應(yīng)原理，你手機(jī)內(nèi)部的線圈會將磁場變成電場，向手機(jī)充電。
圖片來源：Belkin
不過，這種充電模式也有著很大限制，那就是傳輸距離短，并且需要線圈對準(zhǔn)，手機(jī)才能夠正確感應(yīng)。
其實，關(guān)于手機(jī)遠(yuǎn)距離充電，一直都有人在探索解決方案，時至今日，可行的隔空充電模式變?yōu)榱藘煞N，一種名為磁場共振，另一種名為激光充電。
先說磁場共振，2007 年，麻省理工學(xué)院提出了他們的構(gòu)思：將聲音共振的原理活用到電磁波上，只要用兩個“頻率相同”的線圈，一端輻射特定頻率的電磁波，在另一端就能引發(fā)共振，產(chǎn)生電力。
作為新一代無線充電技術(shù)，磁場共振可實現(xiàn)數(shù)米的傳輸距離，可傳輸功率也從瓦來到了千瓦級。
磁場共振，也是電氣大神尼古拉·特斯拉感興趣的內(nèi)容。在一個多世紀(jì)前，特斯拉就做到了遠(yuǎn)距離隔空點亮電燈。
特斯拉手稿
如此成熟的磁場共振，為何遲遲沒有進(jìn)展？
磁場共振雖然實現(xiàn)了隔空充電，但它的缺點也很明顯：若想在幾米外進(jìn)行充電，磁場共振需要強(qiáng)磁場作為基礎(chǔ)，而強(qiáng)磁場有可能會產(chǎn)生健康風(fēng)險，不符合國家安全規(guī)定。
因此，現(xiàn)在的磁場共振無線充電技術(shù)，一般都用在餐館的“無線充電桌”：桌上內(nèi)嵌一個小桌板，桌底則是無線充電器，可以隔著桌子進(jìn)行磁場共振充電。國內(nèi)已經(jīng)有浙江微鵝科技，上海楚山科技等企業(yè)進(jìn)行研發(fā)。
桌上的充電小桌板
和需要強(qiáng)磁場的磁場共振相比，激光充電顯然要先進(jìn)得多。大家都知道，激光是一束光直直發(fā)射出去，這恰好也是它的優(yōu)勢：相較于磁場的“輻射”，激光的能量密度高、方向性強(qiáng)，在安全性上更容易實現(xiàn)。
在科學(xué)性上，激光充電的可行性早已被證明，2010 年，LazerMotive 就通過激光提供能量讓無人機(jī)在空中連續(xù)飛行 12 小時；2017 年，華盛頓大學(xué)就成功實現(xiàn)了手機(jī)的激光充電。
手機(jī)廠商也明顯對激光充電更感興趣：2020 年 4 月 1 日愚人節(jié)，OPPO 公布了名為“FreeVooc”隔空充電概念視頻，雖然只是惡搞，但 VOOC 首席工程師張加亮的回應(yīng)卻耐人尋味。
在 4 月 25 日的視頻中，張加亮更是直接表示，隔空充電在技術(shù)上已經(jīng)可以實現(xiàn)，問題是成本過高，產(chǎn)品化有難度。
無獨有偶，在去年 9 月，華為也向媒體曝光過激光充電的方案，華為表示，再經(jīng)過兩三代手機(jī)，華為就可以實現(xiàn)激光充電的量產(chǎn)化。
華為的激光充電演示圖
今天，摩托羅拉也發(fā)布了自己的激光（可能是紅外）隔空充電來“截胡”小米，可以看出，激光方案其實已經(jīng)有了基本的可行性。
那為什么小雷還認(rèn)為，小米的方案是迄今為止最成熟的呢？
小米的努力
相較于 OPPO、華為和摩托羅拉的激光方案，小米則將目光投向了毫米波。在小米的公告中，他們利用波束成形技術(shù)，將毫米波定向發(fā)送給手機(jī)。
雖然小米沒有提到更多的技術(shù)細(xì)節(jié)，但毫米波如果成功的話，那它相較傳統(tǒng)激光擁有更多優(yōu)勢。第一就是安全問題，激光雖然好，但最大問題就是能量過高，如果激光長期照射到手上，可能會產(chǎn)生灼傷，毫米波則要安全得多。
摩托羅拉和華盛頓大學(xué)的激光方案中，都采用了用手阻擋就會斷電的方式，根據(jù)華盛頓大學(xué)的解釋，他們其實是在擔(dān)心激光灼燒皮膚。在華為的專利中，我們也能看到類似“保護(hù)系統(tǒng)”的描述，只要手阻擋到反射激光，就會立刻中斷充電。
除了安全問題外，毫米波由于頻率低、波長長，它的繞射性也比激光好很多。激光用手擋著，可能就會中斷，而毫米波+波束成形，基本可以保證它能繞過小規(guī)模障礙物，至少在房間內(nèi)肯定是沒難度的。
小米的異物阻擋演示
而激光不成熟的另一大原因在于成本。激光充電至今都沒有離開視距通信（LOS）的范疇，視距通信這一詞代表著，激光充電是點對點直線傳播，只要位置一變，就必須重新定位。
為了解決定位問題，激光充電沿用了 LOS 通信領(lǐng)域的常規(guī)手段，內(nèi)置一個接收器進(jìn)行定位。華為就通過內(nèi)置接收器實現(xiàn)的這一方案，根據(jù) OPPO 的概念視頻和微博用戶@薛定諤的英短咕咕咕 爆料來看，他們也使用了專用接收器實現(xiàn)重新定位。
而小米的解決方案更加聰明，既然都用了毫米波，那用天線不就完事了？在小米的方案中，“充電樁”采用的是 5 個相位干涉天線，而手機(jī)則內(nèi)建了信標(biāo)天線和接收天線陣列。相較于特定的激光接收器，天線無疑是手機(jī)廠商的強(qiáng)項，它也更容易集成到傳統(tǒng)手機(jī)天線中。
從目前來看，小米的毫米波隔空充電對于手機(jī)的改裝最小，小米 11 支持隔空充電的這一事實，也有力證明了毫米波天線技術(shù)的成熟性。更進(jìn)一步講，毫米波隔空充電的低成本，也讓它有可能成為未來手機(jī)隔空充電的標(biāo)準(zhǔn)。
無線的未來
其實，小米的成功也不是一蹴而就的，在微博用戶@頤心 的爆料中，小米隔空充電的構(gòu)思在 MIX 3 時代（2018 年 10 月）就已經(jīng)開始。在宣傳中，小米也特別強(qiáng)調(diào)了“自研”二字，17 項技術(shù)專利和小型化天線陣列，也足以說明小米為此付出的心血。
近兩年，小米在充電領(lǐng)域上的進(jìn)步堪稱飛躍，今年也在無線充電領(lǐng)域進(jìn)行了大手筆投資（帝奧微電子、南芯半導(dǎo)體、納微半導(dǎo)體等）。隨著 IoT 家電的成熟，小米很可能會將隔空充電這項技術(shù)帶到家電領(lǐng)域，音箱、臺燈等產(chǎn)品會成為隔空充電的受益者。
而小米顯然也并不滿足于此，根據(jù)@薛定諤的英短咕咕咕 的爆料，小米有可能會將超寬頻芯片（UWB）技術(shù)用于隔空充電的定位上。
UWB 技術(shù)在蘋果生態(tài)中體現(xiàn)出了驚人的準(zhǔn)確度
此前小米已經(jīng)發(fā)布了“一指連”技術(shù)，各個設(shè)備之間的獨立聯(lián)動和測距，或許會讓隔空充電的準(zhǔn)確度和可操控性更上一層樓。
對于無線未來，很多廠商都有著自己的想法，蘋果曾提出過 WiFi 充電、三星曾拿出過充電戒指……隨著小米的驚艷出手，2021 年我們會在充電領(lǐng)域看到更多驚喜，它甚至可能是通過 IoT 設(shè)備的一張船票。
