Ученые представили инновационный метод передачи энергии без проводов, который может существенно ускорить переход к «беспроводному обществу».
Беспроводная передача энергии (WPT) уже активно используется в различных сферах — от зарядки смартфонов и носимой электроники до индукционных плит и медицинских сенсоров. Принцип ее работы во многом схож с радиопередачей: передатчик создает электромагнитную волну определенной частоты, а приемник, настроенный на эту же частоту, улавливает ее и преобразует в электричество. Однако существующие системы имеют значительное ограничение — они зависят от нагрузки, что означает, что эффективность передачи энергии напрямую связана с тем, какое устройство подключено к источнику.
На практике это приводит к ощутимым проблемам. Например, аккумулятор смартфона в процессе зарядки изменяет свое сопротивление. Для системы, чувствительной к нагрузке, это влечет за собой колебания напряжения. В итоге устройство может заряжаться медленнее или даже повреждаться. Крупные батареи, такие как в электромобилях, подвержены еще большим рискам.
Группа ученых под руководством профессора Хиро Сэкия из Университета Чиба (Япония) решила подойти к данной задаче по-другому. Они разработали виртуальную модель системы передачи энергии и позволили искусственному интеллекту протестировать ее в тысячах симуляций. Нейросеть анализировала, насколько эффективно функционирует система: сколько энергии теряется в виде тепла, насколько стабилен сигнал, как изменяется напряжение. На основе метода проб и ошибок алгоритм постепенно «обучал» систему работать максимально эффективно, минимизируя колебания.
Результаты оказались впечатляющими. В традиционных системах, зависимых от нагрузки, колебания напряжения составляли около 18%, новая технология сократила их до 5%. Одновременно повысилась и эффективность передачи энергии до 86,7%, тогда как при прежних методах она могла снижаться до 65%. Иными словами, машинное обучение помогло не только достичь большей стабильности, но и почти на треть повысить эффективность использования энергии.
Ученые подчеркивают, что речь идет не только о зарядке смартфонов. Электромобили смогут заряжаться без проводов с той же скоростью, что и при подключении к проводным «суперзарядкам». Имплантируемые медицинские устройства получат стабильное и безопасное питание без необходимости хирургической замены батареи. А промышленное оборудование можно будет подключать к источнику энергии без проводов, экономя место и ресурсы.
Не менее значим и другой аспект исследования. По мнению авторов, их работа демонстрирует, что искусственный интеллект способен не только помогать в обработке данных, но и ускорять процесс проектирования электронных схем. «Мы движемся к будущему автоматизированного проектирования силовой электроники», — отметили инженеры.
Если прогнозы ученых оправдаются, то в ближайшие десять лет беспроводная передача энергии из удобной опции для гаджетов станет стандартом, сопоставимым с Wi-Fi. И тогда исчезновение зарядных кабелей из нашей повседневной жизни будет лишь первым шагом к по-настоящему беспроводному миру.
Фото: hi-tech.mail.ru