李龙
很多人都听说过“空中加(jia)油”：飞机在空中补充燃料，边飞边加(jia)油，提高续航(hang)能力。现在，天空中有“续航(hang)焦虑(lu)”的还有无人机。近年(nian)来，无人机在高空拍摄、地貌测绘、农业植保、物流配送、应急救援(yuan)等领域大显身手。那么，无人机能否实(shi)现“边飞边充电”呢？
传(chuan)统无线充电技术，主要依(yi)赖近距离、接触式的电磁(ci)谐振感应，其充电效率和适用范围，受到(dao)空间、距离、环境、设备(bei)等制约，无法(fa)实(shi)现任意的、远距离供电。比如，日常生活中，大家给手机进行无线充电时，手机就不能随意离开(kai)充电盘。
如今，远程隔空充电，有望变为现实(shi)。我所在的西安(an)电子科技大学电子工程学院科研团队和东(dong)南大学崔铁军院士课题组(zu)一直(zhi)在钻研这个问题。近期，大家发现，通过研发一种(zhong)自适应无线传(chuan)能技术，可以用类似(si)WiFi的无线传(chuan)输方(fang)式，将无线能量实(shi)时、高效地聚焦并传(chuan)输到(dao)动态的终端设备(bei)上，实(shi)现无电池供电的感知(zhi)、计算和通信，相关成(cheng)果发表在《自然·通讯》。未来，包括无人机在内的智(zhi)能设备(bei)有望摆脱传(chuan)统电池和有线充电设施，无人机“边飞边充电”将变为现实(shi)。
实(shi)现无人机“边飞边充电”，精准定位移动中的无人机，并能高效精准地传(chuan)递能量是关键(jian)。简单来说，基于电磁(ci)超表面的辐射(she)式无线能量传(chuan)输与接收技术宛如“智(zhi)慧大脑”，能通过目标感知(zhi)和环境交互，智(zhi)能化调整电磁(ci)波传(chuan)输参数(shu)，包括对电磁(ci)波不同(tong)幅度、相位、辐射(she)方(fang)向(xiang)的灵活控(kong)制，并根(gen)据(ju)周围环境变化及(ji)设备(bei)实(shi)时需求，提高无线能量传(chuan)输效率，精准且高效地为设备(bei)输送能量，最终实(shi)现类似(si)于雷达的波束扫描、跟踪和探测效果。
与普通无线充电方(fang)式相比，自适应追踪的无线能量传(chuan)输技术有望支(zhi)持(chi)无人机、智(zhi)能机器人等终端设备(bei)，在移动过程中进行稳定、高效的非接触式无线充电。除了对移动目标的精确定位、精准供能，大家还结合时空二维编码以及(ji)人工智(zhi)能算法(fa)，实(shi)现对目标设备(bei)的室内高精度定位。电磁(ci)超表面还能根(gen)据(ju)实(shi)时变化的环境和目标，让能量聚焦更为灵活，进而实(shi)现跟踪式隔空输能。即便有障碍物遮挡，也可以实(shi)现“拐弯”“绕障”，顺(shun)利完成(cheng)能量传(chuan)输。
理论上来说，目前的实(shi)验装置还可以拓展(zhan)到(dao)对多个运动目标的自适应定位，以及(ji)对多个目标的高精度聚焦传(chuan)能，让“边飞边充电”的对象从一扩展(zhan)到(dao)多，通过扩展(zhan)信息超表面的结构，增大它的功率，能对多个无人机同(tong)时供电。
无线充电技术的市场应用前景广阔，随着规模化生产(chan)和技术升(sheng)级(ji)迭代(dai)，其应用成(cheng)本也将逐步(bu)降低。经济实(shi)惠的无线充电技术，可为大型智(zhi)能仓储、可植入医疗(liao)设备(bei)及(ji)低空经济等领域提供更便捷的充电解决方(fang)案。让大家一同(tong)期待(dai)无线充电技术在未来应用场景中大放光(guang)彩。
（编辑为西安(an)电子科技大学电子工程学院教授(shou)）