理大提出「無線能源互聯網」技術藍圖 推動從無線電能傳輸邁向直接無線能源轉換

無線充電技術早已廣泛應用於手機、穿戴裝置以至電動車等領域，但未來無線能源技術的發展將不止於傳輸電力。下一階段的突破有望根據實際需要，直接輸出光能、熱能與機械能等非電能形式，建立如互聯網般靈活、高效的能源傳輸網絡。為推動這項技術發展，香港理工大學（理大）的研究團隊開展了一項突破性綜述研究，提出「無線能源互聯網」的技術路線圖，引領業界由「無線電能傳輸」邁向直接「無線能源轉換」。

傳統的無線電能傳輸系統，通常先將接收到的電能儲存在電池或超級電容器中，然後再輸出光、熱或動能。相比之下，直接無線能源轉換可將傳輸的電能直接轉化為化學能、光能、熱能或機械能。換言之，發射端傳送的能量可直接「變成」照明的光、加熱的熱或驅動的動力，無需先為電池充電，從而省去中間儲能與轉換程序、降低能量損耗，有助提升整體效率，並簡化接收端的硬體配置。研究亦建立了一個統一框架，將近場與遠場傳輸與無線充電、照明、加熱及馬達驅動（機械能）等不同應用整合起來，並總結相關技術的共通設計原則及未來發展方向。

研究由理大電機及電子工程學系電能工程講座教授兼電動車研究中心聯合主任鄒國棠教授，以及同系助理教授兼電動車研究中心經理劉偉教授領導。研究團隊識別出無線能源轉換系統的共通技術原則與關鍵工程瓶頸，並提出標準化、網絡安全、能量收集及新興應用等領域的發展方向，同時列出必須克服的挑戰，為未來大規模應用提供重要參考。相關研究已發表於《自然綜述：電氣工程》（Nature Reviews Electrical Engineering），並分別於第50屆瑞士日內瓦「國際發明展」獲得評審團嘉許金獎及於「第四屆亞洲創新發明展覽會 —— 香港」獲得全場總冠軍和金獎。

鄒教授表示：「我們的綜述研究在兩個技術層面具關鍵影響：第一，確立具體且可行的設計路徑，涵蓋發射端（原邊）控制、多頻補償網絡、安全傳輸及磁場定向傳輸等核心技術；第二，為未來產業標準、安全規範及應用優先順序提供策略性指引。這將有助產業界選擇合適的產品架構，並協助政策制定者與投資者，識別推動商業化與大眾化所需的基礎設施。」

目前，將電能傳輸至電池的技術發展最成熟、應用亦最廣泛，已見於便攜式電子產品及生物醫學植入裝置，並在電動車和軌道交通領域快速發展。相較之下，無線照明、加熱和馬達驅動則在特殊應用場境中展現獨特價值，例如用於惡劣環境的密封式馬達、車載儲能需求較低的移動機器人，以及適用於磁力共振成像（MRI）兼容機器人的電容式超聲波馬達。在這些場景中，傳統電纜、電池或複雜的接收端電子元件往往難以維護或不適用。此外，直接能源轉換系統亦具備輕量化、操作便捷、高效率、靈活性強及安全性高等優勢。

在大眾消費層面，電池可能因電芯缺陷、內部短路、過度充電或熱管理不善而發生故障，帶來安全風險。相比之下，無線供電技術運作更靈活、更可持續，有望縮小電池組體積，甚至無需車輛自備儲能裝置，電池愈小、儲存的化學能愈少，相關的儲能安全風險自然隨之降低——這正是無線能源轉換技術對日常生活最直接的意義所在。

然而，直接能源轉換雖能減低儲能風險，亦會帶來另一層面的安全考量。無線能源網絡目前仍面臨多項挑戰，首要是能量傳輸本身的安全問題：人體長時間暴露於電磁場的潛在影響，以及電磁波對周邊電子設備的干擾，在公共場所和醫療設施等環境尤其令人關注。研究同時指出，系統的複雜性與性能限制，特別在高功率無線充電和無線馬達驅動方面，亦構成應用障礙。

劉教授補充：「我們的研究指出一項關鍵的商業轉化挑戰：現行標準多數僅涵蓋特定應用，尤其是電動車無線充電；但在更廣泛的無線能源轉換領域，涉及安全、電磁輻射及互操作性的完整框架仍未完善。因此，我們主張以系統性、整體性的方式設計無線能源系統，而非各個能源轉換階段分開來各自優化。」

研究團隊亦將無線能源轉換歸納為四大類別：化學能（充電）、光能（照明）、熱能（加熱）及機械能（馬達驅動）。這四類技術可涵蓋家居、工業、生物醫學，以至深海及深空探測等極端環境中的大部分應用場景。展望未來，無線能源網絡有望自動辨識不同裝置的具體能量需求，無論是化學能、光能、熱能還是機械能，並據此動態調整傳輸頻率、電磁場分佈及功率水平。

研究亦歸納出四項主要工程挑戰，包括安全性、可擴展性、系統複雜性及性能表現，並就此提出四大優先發展方向。第一，應建立標準化接口，讓不同裝置能夠協商功率、識別接收端、交換數據、控制系統、處理故障並互相兼容。第二，發展一體化的能量加密與物理層保安技術，確保能量傳輸安全可靠。第三，針對航天應用開發輕巧、密封且耐輻射的耦合器、轉換器及中繼發射器，以連接衛星、太空站、探測車及行星基地。第四，強化電磁能量收集技術，重點包括高靈敏度接收器、超低功耗整流技術，以及結合環境能量收集與專用無線供電的混合架構。

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