无人机“边飞边充电”原理示意图。
很多人都听说过“空中加油”：飞机在空中补充燃料，边飞边加油，提高续航能力。现在，天空中有“续航焦虑”的还有无人机。近年来，无人机在高空拍摄、地貌测绘、农业植保、物流配送、应急救援等领域大显身手。那么，无人机能否实现“边飞边充电”呢？
传统无线充电技术，主要依赖近距离、接触式的电磁谐振感应，其充电效率和适用范围，受到空间、距离、环境、设备等制约，无法实现任意的、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充电盘。
如今，远程隔空充电，有望变为现实。我所在的西安电子科技大学电子工程学院科研团队和东南大学崔铁军院士课题组一直在钻研这个问题。近期，我们发现，通过研发一种自适应无线传能技术，可以用类似WiFi的无线传输方式，将无线能量实时、高效地聚焦并传输到动态的终端设备上，实现无电池供电的感知、计算和通信，相关成果发表在《自然·通讯》。未来，包括无人机在内的智能设备有望摆脱传统电池和有线充电设施，无人机“边飞边充电”将变为现实。
实现无人机“边飞边充电”，精准定位移动中的无人机，并能高效精准地传递能量是关键。简单来说，基于电磁超表面的辐射式无线能量传输与接收技术宛如“智慧大脑”，能通过目标感知和环境交互，智能化调整电磁波传输参数，包括对电磁波不同幅度、相位、辐射方向的灵活控制，并根据周围环境变化及设备实时需求，提高无线能量传输效率，精准且高效地为设备输送能量，最终实现类似于雷达的波束扫描、跟踪和探测效果。
与普通无线充电方式相比，自适应追踪的无线能量传输技术有望支持无人机、智能机器人等终端设备，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，我们还结合时空二维编码以及人工智能算法，实现对目标设备的室内高精度定位。电磁超表面还能根据实时变化的环境和目标，让能量聚焦更为灵活，进而实现跟踪式隔空输能。即便有障碍物遮挡，也可以实现“拐弯”“绕障”，顺利完成能量传输。
理论上来说，目前的实验装置还可以拓展到对多个运动目标的自适应定位，以及对多个目标的高精度聚焦传能，让“边飞边充电”的对象从一扩展到多，通过扩展信息超表面的结构，增大它的功率，能对多个无人机同时供电。
无线充电技术的市场应用前景广阔，随着规模化生产和技术升级迭代，其应用成本也将逐步降低。经济实惠的无线充电技术，可为大型智能仓储、可植入医疗设备及低空经济等领域提供更便捷的充电解决方案。让我们一同期待无线充电技术在未来应用场景中大放光彩。
（作者为西安电子科技大学电子工程学院教授）
(来源:人民日报)
