2007年6月,麻省理工大學(xué)的物理學(xué)家馬林·索爾賈??撕退难芯繄F(tuán)隊(duì)給一個(gè)直徑60厘米的線圈通電,點(diǎn)亮了連接在2米之外的另一個(gè)線圈上的60瓦燈泡,由此也點(diǎn)燃人們對(duì)磁耦合共振無線供電技術(shù)的熱情。目前,在一些公司的積極參與這項(xiàng)技術(shù)之下,這項(xiàng)技術(shù)距離商業(yè)化越來越近。
2010年1月7日-10日,一年一度的CES(國際消費(fèi)電子展)在美國拉斯維加斯舉行,在距離展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)不遠(yuǎn)的一家酒店里,WiTricity公司約請(qǐng)了各大消費(fèi)電子產(chǎn)品公司和一些便攜式電腦廠商負(fù)責(zé)人來到它們租住的房間。WiTricity公司給大家展示的是應(yīng)用了最新無線供電技術(shù)的一些概念性產(chǎn)品,如一臺(tái)不用任何電池也不用任何電線就能正常工作的平板電視機(jī):這臺(tái)平板電視機(jī)后面裝有一個(gè)特殊的線圈,而另外一個(gè)負(fù)責(zé)供電的裝置里也裝有一個(gè)特殊的線圈,這兩個(gè)線圈尺寸不一樣,線圈彼此并不朝著對(duì)方,正是這兩個(gè)關(guān)鍵的部件實(shí)現(xiàn)了無線供電,最終實(shí)現(xiàn)了無需電線就能給這臺(tái)電視提供電力支持。
WiTricity公司的工作引起了參觀者對(duì)無線供電技術(shù)的極大興趣。事實(shí)上,實(shí)現(xiàn)無線供電、擺脫電纜的束縛可以說一直是人類的一個(gè)夢(mèng)想。而自從美國麻省理工學(xué)院著名物理學(xué)家馬林#8226;索爾賈???Marin Soljacic)教授率先提出新的無線供電技術(shù)以來,人們就在期盼這項(xiàng)研究能有突破性進(jìn)展,特別是2007年6月馬林#8226;索爾賈??说膱F(tuán)隊(duì)給一個(gè)直徑60厘米的線圈通電成功地點(diǎn)亮了2米之外連接在另一個(gè)線圈上的60瓦燈泡,更是讓人們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)前景非??春?。一些公司和風(fēng)險(xiǎn)投資商開始進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng),只有16人的WiTricity就是這樣的一家公司,WiTricity公司目前最主要的工作之一就是將馬林#8226;索爾賈希克教授開發(fā)的無線供電技術(shù)商業(yè)化。
借助共振傳遞能量
無線供電并不是在空中直接傳送電能,而是利用強(qiáng)度非常低的磁場(chǎng)在空中傳輸能量。這種磁場(chǎng)類似地球磁場(chǎng),但區(qū)別在于,無線供電使用的是振蕩磁場(chǎng),而地球磁場(chǎng)是靜態(tài)磁場(chǎng)。簡單說來,無線供電就是利用共振來傳送能力。單就技術(shù)而言,只要能設(shè)計(jì)出振蕩頻率一模一樣的電源和電力捕獲裝置,就能實(shí)現(xiàn) “強(qiáng)共振磁耦合”(Highly Resonant Magnetic Coupling)。
其實(shí),共振是兩個(gè)設(shè)備之間互相傳遞能量的一種非常高效的方法。共振在生活中也很常見,它存在于許多物理系統(tǒng)中。最常見的例子就是高音歌唱家引吭高歌后,房間另一頭的玻璃應(yīng)聲而裂,這就是聲音共振。原理在于,玻璃的共振頻率與歌手的噪音一樣,玻璃獲取了這能量。不過,要讓兩個(gè)物體彼此產(chǎn)生磁共振要難得多。馬林#8226;索爾賈??瞬┦渴亲钤鐝拇笞匀坏墓舱裰械玫絾l(fā)的人之一,他很早就開始探索能不能讓間隔一定距離的兩個(gè)磁性設(shè)備產(chǎn)生共振、傳遞能量。最終馬林#8226;索爾賈??瞬┦考捌鋱F(tuán)隊(duì)攻克了這個(gè)難關(guān),掌握了讓這些設(shè)備產(chǎn)生所需要的磁共振的方法。
實(shí)際上,觀察一下將交流電變成低壓電、供手機(jī)或便攜式電腦使用的變壓器的內(nèi)部構(gòu)造,就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中有兩個(gè)彼此挨得非常近的線圈。一個(gè)線圈形成磁場(chǎng)后,會(huì)在另外一個(gè)線圈上感應(yīng)出另一個(gè)磁場(chǎng)。但如果讓兩個(gè)線圈稍稍遠(yuǎn)離一點(diǎn),它們就會(huì)停止工作,因?yàn)橹挥性诜浅6痰木嚯x才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)現(xiàn)象。比說,可以買到里面裝有線圈的電動(dòng)牙刷,底座有另一個(gè)線圈,電能就會(huì)無線傳輸,但如果將牙刷從底座稍稍撥出一點(diǎn),就會(huì)停止充電。麻省理工學(xué)院的馬林#8226;索爾賈??瞬┦恳粋€(gè)很關(guān)鍵的研究課題就是設(shè)法把線圈距離拉大到大于線圈尺寸的位置。
馬林#8226;索爾賈??瞬┦肯葟睦碚撋线M(jìn)行了論證,并在著名的學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上撰文公開了論證過程,但當(dāng)時(shí)很多人們不相信他,認(rèn)為這不可能做到。后來,馬林#8226;索爾賈??寺暑I(lǐng)其團(tuán)隊(duì)開始著手將理論落實(shí)。到2007年6月,馬林#8226;索爾賈希克和其同事們的研究工作取得了重大進(jìn)展。他們公開進(jìn)行了試驗(yàn):團(tuán)隊(duì)所有成員都坐在兩個(gè)線圈之間(兩個(gè)線圈即所謂的共振器,它們會(huì)在一定頻率下產(chǎn)生振蕩),結(jié)果一方可將足夠電能傳遞給另一方,最后點(diǎn)亮了一只60瓦燈泡。這也打消了很多人的疑慮,使人們最終相信無線供電技術(shù)是可行的。
消費(fèi)電子設(shè)備和汽車率先受益
無線供電技術(shù)一進(jìn)提出就激起人們的廣泛關(guān)注。首先它讓我們擺脫了電纜的限制,行動(dòng)更為方便和自由,這也正是科學(xué)技術(shù)最重要的目標(biāo)之一。而另一方面,從環(huán)保上來說,無線供電也具有非常重要的作用。
“考慮一下一次性電池與電網(wǎng)各自的經(jīng)濟(jì)成本。大多數(shù)人只知道電池的成本高于電網(wǎng),但他們都沒有認(rèn)識(shí)到使用電網(wǎng)要比使用一次性電池要?jiǎng)澦愕枚唷1热?,美國電網(wǎng)電力的成本大概是每度電10美分。這意味著,1度電可以讓10只100瓦燈泡亮1小時(shí),而電費(fèi)只需要10美分?!盬iTricity該公司的首席執(zhí)行官Eric Giler介紹說,“如果你弄來數(shù)量足夠多的AA電池,獲得足夠的電力讓10只100瓦燈泡亮上1小時(shí),就要花350美元。而且,電池電量用光后被扔到廢渣填埋場(chǎng),任其腐爛,有毒化學(xué)物質(zhì)就會(huì)滲出來——這對(duì)環(huán)境造成的危害很大。”
Eric Giler以無線鼠標(biāo)為例來說明這個(gè)問題。無線鼠標(biāo)使用一次性電池,而實(shí)際使用時(shí)它離電網(wǎng)電力只有幾英寸的距離,基本上是觸手可及。相比較而言,用電池顯然要貴多了,而且使用無線電力為無線鼠標(biāo)供電不但能省錢,還能保護(hù)環(huán)境。
研究人員認(rèn)為可能率先用上無線供電技術(shù)的一種設(shè)備是電動(dòng)車輛。電動(dòng)車輛是未來汽車的一個(gè)發(fā)展方向,但是,要給電動(dòng)車輛找到插座接通電源充電卻是一件很麻煩的事情,比如一旦遇到暴風(fēng)雨,傳統(tǒng)的充電方式就非常危險(xiǎn),這時(shí)只能撥掉電源或者只好卷起臟兮兮的電線放到后備箱。
“設(shè)想一下:車開到車庫后你就不用管他,車子就能自動(dòng)充電。因?yàn)榈孛嬗幸粔K墊子,而你的車子底部有一個(gè)線圈。還有,在停車場(chǎng)專門配有電動(dòng)車輛泊車區(qū),這個(gè)泊車區(qū)的地下埋有無線充電裝置,可以自動(dòng)給車充電。這肯定會(huì)給電動(dòng)汽車的使用者帶來很大方便?!盓ric Giler說。
另一種設(shè)備是小型移動(dòng)電子產(chǎn)品。現(xiàn)在的人們常常同時(shí)攜帶幾種手持移動(dòng)設(shè)備,如相機(jī)、MP3播放器和手機(jī)等,這些設(shè)備都使用不同類型的電池,因而配有各種不同的充電器。如果在這些設(shè)備內(nèi)置一種無線充電裝置,就可以讓人們擺脫線纜的束縛,同時(shí)也無需再配各種充電器了。與電動(dòng)汽車相比,Eric Giler認(rèn)為這方面的產(chǎn)品可能要更早一些上市。
第三種是某些固定的電子設(shè)備,比如電視機(jī)、立體聲音響和電腦設(shè)備等使用電池或電線的設(shè)備。在今年的CES期間,WiTricity公司除了展示了無線供電的電視外,還向便攜式電腦廠商們演示了如何給筆記本電腦供電:只要把筆記本電腦放到底部裝有線圈的桌面上就可以為它充電,因?yàn)樽雷拥谋趁嬗幸粋€(gè)塑料模,里面的線圈讓桌子成為一個(gè)通電表面。
“我們正在嘗試把線圈做到那些常見手機(jī)里面,比如黑莓Curve、諾基亞N96、谷歌GI和蘋果iPhone,只要把這些手機(jī)放到桌面上,就會(huì)看到它們開始充電。”Eric Giler介紹說,“未來的有一天,我們可以實(shí)現(xiàn)通過埋在天花板里的線圈為整間房子里面的眾多設(shè)備供電,這樣人們回家后只要把手機(jī)放到通電的桌面,即使手機(jī)角度不正,它也會(huì)自動(dòng)充電?!?/p>
據(jù)Eric Giler介紹,這些設(shè)備中的線圈能做得很小。WiTricity現(xiàn)在已經(jīng)能做到讓裝有充電線圈的手機(jī)與普通手機(jī)差不多一樣大。當(dāng)手機(jī)與充電的基座接近離時(shí),可能距離1.5米時(shí)左右手機(jī)會(huì)開始充電。而且,充電的電腦和手機(jī)仍然可以使用,雖然這些設(shè)備正在磁場(chǎng)被充電。而之所以沒有干擾,就是因?yàn)樗妙l率全然不同。另外,WiTricity公司還在針對(duì)軍用和工廠機(jī)器人進(jìn)行無線充電的試驗(yàn)性研究。
仍處于完善階段
總體來說,無線供電技術(shù)仍然處于研究過程,要真正進(jìn)入實(shí)用階段還有不短的時(shí)間。不過這并影響廠商的熱情,目前進(jìn)入到無線供電技術(shù)領(lǐng)域的公司已有10多家。這10多家公司又分為兩大陣營。第一個(gè)陣營(大約9家公司),它們使用的是傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)技術(shù)?,F(xiàn)在有些超市已經(jīng)可以買到此類產(chǎn)品,如手機(jī)充電墊,人們可以將手機(jī)擱在充電墊上面進(jìn)行充電,不過,這種充電方式對(duì)手機(jī)的擺放位置和方向有嚴(yán)格要求,必須完全正確,另外,效率很低。另外幾家是可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離無線輸電的公司(WiTricity公司也是其中之一),這類公司用的是強(qiáng)耦合磁共振技術(shù)。比如,美國加利福尼亞州有一家公司采用光來輸電,用一種激光對(duì)準(zhǔn)光電探測(cè)器,光電探測(cè)器捕獲到光后,把它重新轉(zhuǎn)換成電。這種方式的主要缺陷在于,物理干擾會(huì)中斷供電,實(shí)際應(yīng)用受到了局限,因此要非常慎重地應(yīng)用。還有另一家公司則采用射頻技術(shù)。它們發(fā)射無線電場(chǎng),但強(qiáng)度只有3瓦大小,所以只適合傳輸非常小的能量,而無法傳輸強(qiáng)電能,而且效率也只有幾千分之一,因?yàn)榇蟛糠蛛娔芡耆l(fā)到空中了。
在這些公司中,WiTricity的工作值得一提。該公司已經(jīng)研發(fā)出來的無線供電設(shè)備可以無線輸送幾毫瓦到幾千瓦之間的電能,輸電距離也在幾厘米到幾米之間。據(jù)Eric Giler介紹, WiTricity正在試驗(yàn)為7英尺之外的設(shè)備供電,而目前面臨的一個(gè)困難是讓供電裝置能自動(dòng)根據(jù)用電設(shè)備的需求為其充電。
“考慮到諸多設(shè)備有不同類型的電池,要求不同的電量,而線圈不能僅僅輸出穩(wěn)定電量或者接受能量,還要自己弄清楚需要多少電量,這就需要兩邊的電子設(shè)備很高的智能,眼下做到這一點(diǎn)其實(shí)有些難度。” Eric Giler說。
另外,提高供電效率也是供電技術(shù)研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前的無線供電技術(shù)研究中用共振器之間傳輸電能的百分比來表述效率,這種效率隨著距離的增加衰減很快。比如,有兩個(gè)尺寸一樣的共振器,假設(shè)大小為D,而且線圈之間的距離小于或等于D,那么就能傳輸95%的電能。如果把兩個(gè)共振器分開得遠(yuǎn)一些,比如5D,只能傳送10%左右的電能。目前,WiTricity研制的系統(tǒng)大多數(shù)工作于這個(gè)距離范圍。
幸運(yùn)的是,效率并非總是那么重要。Eric Giler說:“如果你給車輛充電,要充3000瓦的電,就會(huì)非常關(guān)注高效率。如果只是手機(jī),你不會(huì)太關(guān)注。如果換成堿性電池,即使供電效率只有1%,還是比用電池供電劃算,因?yàn)橐淮涡噪姵氐碾娔艹杀臼请娋W(wǎng)電能的350倍。”
不干擾心臟起搏器
這項(xiàng)技術(shù)安全嗎,這是很多人首次聽到無線供電技術(shù)的一個(gè)很自然的疑問,因?yàn)槲覀儚男〗邮艿年P(guān)于電的教育告訴我們,電是很危險(xiǎn)的。而研究者認(rèn)為,這項(xiàng)技術(shù)是安全的,正如聲音共振能震碎窗戶上的玻璃而不會(huì)振裂房間里別人的耳膜一樣,人是很安全的,因?yàn)橹挥胁Aн@個(gè)物體與歌手所唱的曲調(diào)有著同樣的共振頻率。而且磁場(chǎng)對(duì)生物體根本不會(huì)有太大干擾。在磁體面前,人如同空氣。人不會(huì)干擾磁體,磁體也不會(huì)對(duì)人有太大干擾。
“請(qǐng)記住,這不是輻射,而是強(qiáng)耦合磁共振?!盓ric Giler說,“而且,目前所使用的頻率范圍是可以選擇的,通??捎妙l率從100千赫直到數(shù)十兆赫。不過,要激發(fā)工作頻率在100千赫以上的心臟起搏器還是非常難,因?yàn)槲覀兯玫念l率一般要這頻率高得多。”
這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)好處在于電能不會(huì)跑到別的地方,它不會(huì)散發(fā)到周圍環(huán)境,而是由每個(gè)共振器保留起來,彼此之間共享,最終以電阻熱損失的方式散逸。但這不是磁能意義上的輻射能,因此不會(huì)干擾Wi-Fi或手機(jī)。
“無線供電技術(shù)仍然是一種處于研究過程中的技術(shù),技術(shù)仍在進(jìn)步。但前景無容置疑,設(shè)想有一天,你家里所有的設(shè)備都可以使用同一面墻壁后面的電源,這將是多么令人激動(dòng)的事情。雖然今天還不能,但這一天是完全有可能,只要技術(shù)逐步完善,而且不同廠商之間的產(chǎn)品都符合一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)?!?Eric Giler總結(jié)說。
===第二篇==
云計(jì)算技術(shù)的復(fù)雜性注定了構(gòu)建云平臺(tái)是一個(gè)很不容易的事情,也存在更多可能誘發(fā)項(xiàng)目最終失敗的陷阱。
構(gòu)建云平臺(tái)時(shí)易犯的三個(gè)錯(cuò)誤
樂天
云計(jì)算熱仍然在持續(xù)升溫,越來越多的企業(yè)開始著手構(gòu)建和考慮構(gòu)建企業(yè)內(nèi)部的云計(jì)算平臺(tái)。不過,并不是所有企業(yè)都能如愿順利建成自己的云平臺(tái),很多云計(jì)算的項(xiàng)目匆匆上馬,然后匆匆地以失敗而告終。云計(jì)算技術(shù)的復(fù)雜性注定這樣的情形還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間,至少最近一兩年會(huì)使如此。以下是企業(yè)在邁向云計(jì)算之路上易犯的幾個(gè)錯(cuò)誤。前車之鑒,后人之師,吸取別人的教訓(xùn)可以讓自己少走彎路。
誤區(qū)1:在項(xiàng)目的后期才考慮治理和安全問題。
不管是云平臺(tái)的治理和云平臺(tái)的安全都是云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)的一部分,應(yīng)該從項(xiàng)目一開始就考慮這些問題,而不應(yīng)該等到項(xiàng)目的部署階段再考慮。因?yàn)樵破脚_(tái)的治理機(jī)制和安全模型本身都是非常復(fù)雜的,必須把它們?nèi)谌朐朴?jì)算平臺(tái)構(gòu)建的每一步,包括云平臺(tái)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和部署。而且,安全和治理也都不是一勞永逸的工作,而是一個(gè)長期的、不斷改進(jìn)的過程。
誤區(qū)2:迷信大的咨詢公司。
咨詢顧問一向以口齒伶俐、能言善辯著稱,他們所做的幻燈片都很漂亮,也有鼓動(dòng)性,再加上所在公司的響當(dāng)當(dāng)?shù)拿?,讓人們不由得?duì)這些顧問們高看一眼。不過,先不要迷信他們,至少在云計(jì)算的部署方面應(yīng)該如此。因?yàn)樵朴?jì)算方面我們已經(jīng)聽到了太多的長篇大論,看到了很多非常好看的幻燈片,卻缺少能真正將這些理論落實(shí)的人,缺少那些簽完合同后能與你一道構(gòu)建云平臺(tái)的實(shí)干家。而很多咨詢顧問是沒有這種能力的,即使是一些大公司的咨詢顧問也是如此,雖然他們很聰明,但是由于沒有真正介入云計(jì)算的實(shí)際構(gòu)建過程,很少能提供上述幫助。有時(shí)候,他們關(guān)于云計(jì)算的知識(shí)就限于剛剛在飛機(jī)上閱讀的一些資料,只不過他們善于做幻燈片、善于表達(dá),蒙騙了你而已。
實(shí)際上,關(guān)于云計(jì)算鋪天蓋地的宣傳讓很多人都已經(jīng)看起來像專家,而真正的專家不能只體現(xiàn)在嘴上,而是應(yīng)該真正了解云計(jì)算在企業(yè)業(yè)務(wù)和現(xiàn)存的IT架構(gòu)中的作用,能指導(dǎo)實(shí)際工作的人。這樣的人通常并不來自大型咨詢公司。如果迷信這些所謂的專家,可能幾年之后,你會(huì)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目仍然無法給企業(yè)帶來的任何回報(bào)。
誤區(qū)3:迷戀技術(shù)而不是解決問題。
IT人員很容易犯的一個(gè)錯(cuò)誤是,沉迷于技術(shù)本身而不是解決問題。這種現(xiàn)象在構(gòu)建云計(jì)算平臺(tái)時(shí)也會(huì)有所體現(xiàn),也就是項(xiàng)目是以研究云計(jì)算技術(shù)為主,而不是以成為云計(jì)算的提供者為目標(biāo)。目標(biāo)的不同導(dǎo)致項(xiàng)目的參與者可能根本就不關(guān)心也不了解企業(yè)的業(yè)務(wù)需求。這也就很容易導(dǎo)致一種結(jié)果,就是有時(shí)候明明知道亞馬遜的AWS(Amazon Web Services)或者Salesforce.com的某個(gè)服務(wù)更符合企業(yè)的需求,卻沒有從經(jīng)濟(jì)性上考慮選擇最合適的解決方案,而是一意孤行堅(jiān)持自己動(dòng)手設(shè)計(jì)云計(jì)算的架構(gòu)、建立安全模型等。