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"> 無人機(jī)“邊飛邊充電”原理示意圖。
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很多人都聽說過“空中加油”：飛機(jī)在空中補充燃料，邊飛邊加油，提高續(xù)航能力。現(xiàn)在，天空中有“續(xù)航焦慮”的還有無人機(jī)。近年來，無人機(jī)在高空拍攝、地貌測繪、農(nóng)業(yè)植保、物流配送、應(yīng)急救援等領(lǐng)域大顯身手。那么，無人機(jī)能否實現(xiàn)“邊飛邊充電”呢？
傳統(tǒng)無線充電技術(shù)，主要依賴近距離、接觸式的電磁諧振感應(yīng)，其充電效率和適用范圍，受到空間、距離、環(huán)境、設(shè)備等制約，無法實現(xiàn)任意的、遠(yuǎn)距離供電。比如，日常生活中，大家給手機(jī)進(jìn)行無線充電時，手機(jī)就不能隨意離開充電盤。
如今，遠(yuǎn)程隔空充電，有望變?yōu)楝F(xiàn)實。我所在的西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院科研團(tuán)隊和東南大學(xué)崔鐵軍院士課題組一直在鉆研這個問題。近期，我們發(fā)現(xiàn)，通過研發(fā)一種自適應(yīng)無線傳能技術(shù)，可以用類似WiFi的無線傳輸方式，將無線能量實時、高效地聚焦并傳輸?shù)絼討B(tài)的終端設(shè)備上，實現(xiàn)無電池供電的感知、計算和通信，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》。未來，包括無人機(jī)在內(nèi)的智能設(shè)備有望擺脫傳統(tǒng)電池和有線充電設(shè)施，無人機(jī)“邊飛邊充電”將變?yōu)楝F(xiàn)實。
實現(xiàn)無人機(jī)“邊飛邊充電”，精準(zhǔn)定位移動中的無人機(jī)，并能高效精準(zhǔn)地傳遞能量是關(guān)鍵。簡單來說，基于電磁超表面的輻射式無線能量傳輸與接收技術(shù)宛如“智慧大腦”，能通過目標(biāo)感知和環(huán)境交互，智能化調(diào)整電磁波傳輸參數(shù)，包括對電磁波不同幅度、相位、輻射方向的靈活控制，并根據(jù)周圍環(huán)境變化及設(shè)備實時需求，提高無線能量傳輸效率，精準(zhǔn)且高效地為設(shè)備輸送能量，最終實現(xiàn)類似于雷達(dá)的波束掃描、跟蹤和探測效果。
與普通無線充電方式相比，自適應(yīng)追蹤的無線能量傳輸技術(shù)有望支持無人機(jī)、智能機(jī)器人等終端設(shè)備，在移動過程中進(jìn)行穩(wěn)定、高效的非接觸式無線充電。除了對移動目標(biāo)的精確定位、精準(zhǔn)供能，我們還結(jié)合時空二維編碼以及人工智能算法，實現(xiàn)對目標(biāo)設(shè)備的室內(nèi)高精度定位。電磁超表面還能根據(jù)實時變化的環(huán)境和目標(biāo)，讓能量聚焦更為靈活，進(jìn)而實現(xiàn)跟蹤式隔空輸能。即便有障礙物遮擋，也可以實現(xiàn)“拐彎”“繞障”，順利完成能量傳輸。
理論上來說，目前的實驗裝置還可以拓展到對多個運動目標(biāo)的自適應(yīng)定位，以及對多個目標(biāo)的高精度聚焦傳能，讓“邊飛邊充電”的對象從一擴(kuò)展到多，通過擴(kuò)展信息超表面的結(jié)構(gòu)，增大它的功率，能對多個無人機(jī)同時供電。
無線充電技術(shù)的市場應(yīng)用前景廣闊，隨著規(guī)模化生產(chǎn)和技術(shù)升級迭代，其應(yīng)用成本也將逐步降低。經(jīng)濟(jì)實惠的無線充電技術(shù)，可為大型智能倉儲、可植入醫(yī)療設(shè)備及低空經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域提供更便捷的充電解決方案。讓我們一同期待無線充電技術(shù)在未來應(yīng)用場景中大放光彩。
（作者為西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院教授）
《 人民日報 》（ 2025年04月12日 06 版）