理大提出「无线能源互联网」技术蓝图 推动从无线电能传输迈向直接无线能源转换

无线充电技术早已广泛应用于手机、穿戴装置以至电动车等领域，但未来无线能源技术的发展将不止于传输电力。下一阶段的突破有望根据实际需要，直接输出光能、热能与机械能等非电能形式，建立如互联网般灵活、高效的能源传输网络。为推动这项技术发展，香港理工大学（理大）的研究团队开展了一项突破性综述研究，提出「无线能源互联网」的技术路线图，引领业界由「无线电能传输」迈向直接「无线能源转换」。

传统的无线电能传输系统，通常先将接收到的电能储存在电池或超级电容器中，然后再输出光、热或动能。相比之下，直接无线能源转换可将传输的电能直接转化为化学能、光能、热能或机械能。换言之，发射端传送的能量可直接「变成」照明的光、加热的热或驱动的动力，无需先为电池充电，从而省去中间储能与转换程序、降低能量损耗，有助提升整体效率，并简化接收端的硬体配置。研究亦建立了一个统一框架，将近场与远场传输与无线充电、照明、加热及马达驱动（机械能）等不同应用整合起来，并总结相关技术的共通设计原则及未来发展方向。

研究由理大电机及电子工程学系电能工程讲座教授兼电动车研究中心联合主任邹国棠教授，以及同系助理教授兼电动车研究中心经理刘伟教授领导。研究团队识别出无线能源转换系统的共通技术原则与关键工程瓶颈，并提出标准化、网络安全、能量收集及新兴应用等领域的发展方向，同时列出必须克服的挑战，为未来大规模应用提供重要参考。相关研究已发表于《自然综述：电气工程》（Nature Reviews Electrical Engineering），并分别于第50届瑞士日内瓦「国际发明展」获得评审团嘉许金奖及于「第四届亚洲创新发明展览会 —— 香港」获得全场总冠军和金奖。

邹教授表示：「我们的综述研究在两个技术层面具关键影响：第一，确立具体且可行的设计路径，涵盖发射端（原边）控制、多频补偿网络、安全传输及磁场定向传输等核心技术；第二，为未来产业标准、安全规范及应用优先顺序提供策略性指引。这将有助产业界选择合适的产品架构，并协助政策制定者与投资者，识别推动商业化与大众化所需的基础设施。」

目前，将电能传输至电池的技术发展最成熟、应用亦最广泛，已见于便携式电子产品及生物医学植入装置，并在电动车和轨道交通领域快速发展。相较之下，无线照明、加热和马达驱动则在特殊应用场境中展现独特价值，例如用于恶劣环境的密封式马达、车载储能需求较低的移动机器人，以及适用于磁力共振成像（MRI）兼容机器人的电容式超声波马达。在这些场景中，传统电缆、电池或复杂的接收端电子元件往往难以维护或不适用。此外，直接能源转换系统亦具备轻量化、操作便捷、高效率、灵活性强及安全性高等优势。

在大众消费层面，电池可能因电芯缺陷、内部短路、过度充电或热管理不善而发生故障，带来安全风险。相比之下，无线供电技术运作更灵活、更可持续，有望缩小电池组体积，甚至无需车辆自备储能装置，电池愈小、储存的化学能愈少，相关的储能安全风险自然随之降低——这正是无线能源转换技术对日常生活最直接的意义所在。

然而，直接能源转换虽能减低储能风险，亦会带来另一层面的安全考量。无线能源网络目前仍面临多项挑战，首要是能量传输本身的安全问题：人体长时间暴露于电磁场的潜在影响，以及电磁波对周边电子设备的干扰，在公共场所和医疗设施等环境尤其令人关注。研究同时指出，系统的复杂性与性能限制，特别在高功率无线充电和无线马达驱动方面，亦构成应用障碍。

刘教授补充：「我们的研究指出一项关键的商业转化挑战：现行标准多数仅涵盖特定应用，尤其是电动车无线充电；但在更广泛的无线能源转换领域，涉及安全、电磁辐射及互操作性的完整框架仍未完善。因此，我们主张以系统性、整体性的方式设计无线能源系统，而非各个能源转换阶段分开来各自优化。」

研究团队亦将无线能源转换归纳为四大类别：化学能（充电）、光能（照明）、热能（加热）及机械能（马达驱动）。这四类技术可涵盖家居、工业、生物医学，以至深海及深空探测等极端环境中的大部分应用场景。展望未来，无线能源网络有望自动辨识不同装置的具体能量需求，无论是化学能、光能、热能还是机械能，并据此动态调整传输频率、电磁场分布及功率水平。

研究亦归纳出四项主要工程挑战，包括安全性、可扩展性、系统复杂性及性能表现，并就此提出四大优先发展方向。第一，应建立标准化接口，让不同装置能够协商功率、识别接收端、交换数据、控制系统、处理故障并互相兼容。第二，发展一体化的能量加密与物理层保安技术，确保能量传输安全可靠。第三，针对航天应用开发轻巧、密封且耐辐射的耦合器、转换器及中继发射器，以连接卫星、太空站、探测车及行星基地。第四，强化电磁能量收集技术，重点包括高灵敏度接收器、超低功耗整流技术，以及结合环境能量收集与专用无线供电的混合架构。

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