Vědci v Japonsku vyvinuli novou, vysoce efektivní metodu pro navrhování systémů bezdrátového přenosu energie (WPT). Na základě strojového učení umožňuje metoda systému udržovat stabilní napětí i když se mění zatížení – klíčový krok k širšímu přijetí bezdrátový výkon.
Systémy WPT jsou již klíčovou součástí četných zařízení, od chytrých telefonů a biomedicínských senzorů až po indukční Stovetops, které používají mechaniku WPT k zahřívání nádobí. Jedním z klíčových problémů se současnou technologií je však to, že bojuje s výkyvy síly. Je to proto, že jsou závislé na zátěži, což znamená, že výkon systému je výrazně ovlivněn tím, jaké zařízení je napájeno (zátěž).
Zařízení, jako jsou chytré telefony, se spoléhají na konstantní regulované napětí, aby jejich baterie bezpečně nabíjely. Odolnost baterie se změní na elektřinu při plnění, což v systému WPT závislého na zatížení může způsobit kolísání napětí. To může poškodit zařízení nebo snížit rychlost nabíjení.
Pro srovnání, nový přístup k strojovému učení je nezávislý na zátěži (LI), což znamená, že mohou dodávat konzistentní výkon a udržovat vysokou účinnost bez ohledu na to, jaké zařízení je nabíjeno. V příkladu baterie smartphonu to znamená, že napájení bude i nadále efektivně přenášeno při stabilním napětí bez ohledu na kolísání odporu, ke kterému může dojít, jak se baterie vyplní.
To je zvláště důležité pro větší baterie ve složitějších aplikacích, jako jsou elektrická vozidla, kde se může zatížení během nabíjení dramaticky posunout.
Vědci odhalili svá zjištění v nové studii zveřejněné v červnu 2025 v časopise IEEE transakce na obvodech a systémech.
Související: DARPA rozbije bezdrátový záznam napájení, rozzáří energii více než 5 mil daleko – a používá ji k výrobě popcornu
Systémy WPT fungují procesem zvaným rezonance, stejným způsobem jako rádio nebo televize přijímá signál bezdrátového. Vysílač vysílá specifickou frekvenci elektromagnetické vlny nastavením způsobu, jakým výkon osciluje mezi kondenzátorem a induktorem. Když vlna dosáhne obvodu přijímače nastaveného na stejnou frekvenci, oba rezonují, což výrazně zesiluje signál.
V rádiu je signál potom odeslán do jiných komponent, aby byl dále zesílen a demodulován, aby se vytvořil zvuk, zatímco v systému WPT tato rezonance umožňuje přijímači zachytit a ukládat energii bezdrátově přenášenou.
Strojové učení pro zvýšení bezdrátového energie
Nová technika používá strojové učení k modelování a optimalizaci méně závislých systémů přenosu energie. Proces zahrnuje vytvoření virtuálního modelu systému, poté spuštění simulací modelu v akci, zatímco jej pozoruje umělá inteligence.
AI soudí, jak dobře systém funguje, na základě kritérií, jako je to, kolik energie je ztraceno jako teplo a jak čistý elektrický signál zůstává. Poté použije metodu pokusů a omylu k optimalizaci systému tak, aby fungovala při účinnosti maximální efektivity, přenášela energii s minimálními fluktuacemi a rozptylem energie.
Pomocí své nové metody vědci snížili fluktuace na 5%, oproti 18% pomocí systému závislého na zátěži, podle studie. Rovněž zvýšily účinnost přenosu energie až o 86,7%, zatímco systémy závislé na zatížení mohou fungovat Jak nízká účinnost 65%.
Systémy WPT nezávislé na zatížení mají široké důsledky daleko za bezdrátově nabíjecí zařízení, uvedl vedoucí autor studie Hiroo SekiyaProfesor na postgraduální škole pro pokročilou integraci v Chiba.
„Jsme přesvědčeni, že výsledky tohoto výzkumu jsou významným krokem k plně bezdrátové společnosti,“ řekl v prohlášení. „Navíc, v důsledku provozu LI, může být systém WPT konstruován jednoduchým způsobem, čímž se sníží náklady a velikost. Naším cílem je vytvořit WPT běžný během příštích 5 až 10 let.“
Tato studie také ilustruje způsoby, jak lze AI použít ke zlepšení návrhu elektrického obvodu, což vede k transformaci v „jak je napájecí elektronika navržena, směřující k budoucnosti automatizovaného designu obvodů“, uvedli vědci ve svém prohlášení.
