Через 5 років дроти повністю зникнуть: який прорив здійснили вчені з Японії

У майбутньому метод може забезпечити повністю бездротове живлення пристроїв по всьому світу. Статтю про дослідження опублікували в науковому журналі IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, передає Interesting Engineering.

Системи бездротового передавання енергії використовують у смартфонах, електричних зубних щітках і датчиках Інтернету речей. Вони використовують електромагнітні поля для бездротового передавання електроенергії без фізичних роз'ємів.

Традиційні системи бездротового передавання енергії (WPT) вимагають точних номіналів компонентів котушок індуктивності та конденсаторів для забезпечення стабільної роботи. Ці значення зазвичай визначають на основі складних аналітичних рівнянь, заснованих на ідеалізованих умовах.

У реальних умовах на точність розрахунків можуть негативно вплинути різні чинники або умови навколишнього середовища. Це призводить до нестабільності вихідної напруги та втрати комутації при нульовій напрузі (ZVS), яка вважається критичним фактором ефективності. Незалежна від навантаження робота дає змогу підтримувати ZVS і вихідну напругу стабільними навіть у разі зміни навантаження.

Команда на чолі з професором Хіроо Секією використали новий метод проектування на основі машинного навчання. Для цього схему роботи системи передачі енергії описують за допомогою диференціальних рівнянь, які відображають зміну напруг і струмів у системі, враховуючи характеристики реальних компонентів.

ШІ по черзі розв'язують рівняння, поки система не досягне стабільності. Потім її роботу оцінюють за ключовими показниками: коефіцієнт корисної дії, коефіцієнт гармонійних спотворень і стабільність вихідної напруги. Після спеціальний алгоритм підбирає нові параметри системи так, щоб ефективність покращилася. Цикл повторюється доти, доки вона не досягне потрібних вимог.

Під час випробувань науковці за допомогою нового методу спроєктували систему бездротового живлення, яка об'єднує інвертор класу EF і випрямляч класу D. Зазвичай такий інвертор може підтримувати ZVS лише на одному рівні, і за будь-якої зміни навантаження ефективність різко падає. ШІ допоміг знизити коливання напруги до менш ніж 5% за різних змін навантаження, хоча зазвичай досягають лише 18%.

Система також успішно впоралася з ZVS і високою ефективністю за різних навантажень, забезпечивши потужність 23 Вт з ККД 86,7% на частоті 6,78 МГц. Продуктивність системи покращилася навіть за малих навантажень завдяки точному моделюванню паразитної ємності діода.

Втрати потужності в передавальній котушці залишалися практично постійними за різних навантажень — ознака того, що система підтримувала стабільний вихідний струм, що є ключовим фактором ефективності.

Вчені мають намір зробити технології бездротового передавання електрики масовими протягом наступних 5-10 років. На їхню думку, новий метод значно знижує вартість і розміри необхідного обладнання.

"Ми впевнені, що результати цього дослідження є значним кроком на шляху до повністю бездротового суспільства", — заявив професор Хіроо Секія.

Раніше писали, що вчені змогли передати електрику повітрям за допомогою ультразвукових хвиль. Під час експерименту заряди змогли обійти перешкоди.

Писали також, що мікрохвилі можуть забезпечити бездротову передачу енергії. Передбачається, що вони здатні заряджати дрони і літаки.