工程师首次找到了一种利用激光安全地为智能手机无线充电的方法。
激光发射器发出的窄幅隐形光束，可以为房间另一端的智能手机充电；其速度甚至可能与标准USB线缆为手机电池充电一样快。
为实现这一点，研究人员在智能手机背面安装了一块薄型电池，利用激光提供的电力为手机充电。
团队还专门设计了安全功能，包括安装在智能手机上的金属平板散热器，用于散发激光产生的多余热量；以及基于反射器的机制，一旦有人试图进入充电光束路径，就会关闭激光。
安全第一
“设计这套系统时，我们把安全放在首位。”论文共同作者、华盛顿大学计算机科学与工程学副教授Shyam Gollakota说。
Gollakota说：“我们设计、制造并测试了这套基于激光的充电系统，并配备了快速响应安全机制，确保激光发射器会在有人进入激光路径前终止充电光束。”
“除了能快速终止充电光束的安全机制，我们的平台还配备了散热器，用于散发充电光束产生的多余热量。”物理学与电气工程助理教授、同时也是分子工程与科学研究所研究员的Arka Majumdar说。
“这些功能让我们的无线充电系统达到坚实的安全标准，可用于各种商业和家庭环境。”
它如何运作？
充电光束由激光发射器产生，该发射器经过配置，可发出近红外波段的聚焦光束。用于关闭充电光束的安全系统以低功率、无害的激光“防护光束”为核心。这些光束由另一个与充电激光束发射器位于同一位置的激光源发出，并在物理空间上“环绕”充电光束。
研究人员在智能手机电池周围放置了定制的3D打印“回射器”，将防护光束反射回激光发射器上的光电二极管。防护光束本身不会为手机充电，但光束从手机反射回发射器后，就能充当“传感器”，判断是否有人将要进入防护光束的路径。
激光发射器经过设计，可在任何物体（例如人体的一部分）接触到其中一道防护光束时终止充电光束。根据数十年的生理学研究，系统能够足够迅速地感知防护光束被遮挡，从而检测人体最快的动作。
Gollakota说：“防护光束的反应速度比我们最快的动作还快，因为光束以光速反射回发射器。因此，防护光束一旦被人的动作阻断，发射器就能在不到一秒内检测到，并启动快门，在人接触充电光束之前将其挡住。”
Majumdar补充说，预计下一代纳米级光学器件将以吉赫兹频率运行，这可能把快门的响应时间缩短至纳秒级。
光束通过安装在手机背面的电池为智能手机充电。窄幅光束可在最远4.3米（约14英尺）的距离，向15平方英寸的区域持续提供2瓦功率。不过，改造发射器后，可将充电光束的半径扩大，使其在12米（近40英尺）的距离覆盖最多100平方厘米的区域。这意味着发射器可以对准更宽的充电表面，例如柜台或桌面，为放在该表面任何位置的智能手机充电。
更智能的充电
研究人员对智能手机进行编程，让它通过发出高频声学“啁啾声”来标示位置。人耳听不到这些声音，但激光发射器上的小型麦克风足以灵敏地捕捉到它们。
电气工程博士生、共同第一作者Vikram Iyer说：“这套声学定位系统确保发射器能够检测到用户何时将智能手机放在充电表面上；充电表面可以是房间另一端的普通位置，比如一张桌子。”
发射器检测到智能手机位于所需的充电表面后，就会打开激光，开始为电池充电。
电气工程博士生、共同第一作者Elyas Bayati说：“这束光为手机充电的速度，与把智能手机插入USB接口一样快。但你无需插上手机，只要把它放在桌上即可。”
为确保充电光束不会使智能手机过热，团队还在手机背面、电池周围放置了薄铝条。这些铝条可充当散热器，散发充电光束产生的多余热量，使激光能够为智能手机持续充电数小时。他们甚至收集了一小部分热量来辅助为手机充电：在散热铝条上方安装了一个近乎扁平的热电发电机。
研究人员认为，这些可靠的安全和散热功能可让其他设备实现基于激光的无线充电，例如相机、平板电脑，甚至台式电脑。如果如此，或许有一天，你每晚无需再给智能手机、平板电脑或笔记本电脑插上电源，只要把它放在桌上即可。
