دانشمندان ژاپن روش جدید و بسیار کارآمدی برای طراحی سیستمهای انتقال بیسیم انرژی (WPT) ابداع کردهاند. این روش که بر پایه یادگیری ماشین است، به سیستم اجازه میدهد تا با وجود تغییر بار (Load)، ولتاژ را ثابت نگه دارد؛ این یک گام کلیدی به سوی استفاده گستردهتر از انتقال بیسیم انرژی محسوب میشود.
سیستمهای WPT در حال حاضر در بسیاری از دستگاهها مانند گوشیهای هوشمند، حسگرهای زیستپزشکی و حتی اجاقگازهای القایی که با مکانیک WPT ظروف را گرم میکنند، نقش مهمی دارند. اما یکی از مشکلات اصلی فناوری فعلی، نوسانات برق است. دلیل این امر وابسته بودن سیستم به بار است، به این معنی که عملکرد سیستم به شدت تحت تأثیر دستگاهی است که در حال شارژ شدن است.
دستگاههایی مانند گوشیهای هوشمند برای شارژ ایمن باتری خود به ولتاژ ثابت و تنظیمشده نیاز دارند. مقاومت باتری در برابر برق با پر شدن آن تغییر میکند، که در یک سیستم WPT وابسته به بار، میتواند باعث نوسان ولتاژ شود. این نوسانات ممکن است به دستگاه آسیب برساند یا سرعت شارژ را کاهش دهد.
در مقابل، رویکرد جدید یادگیری ماشین مستقل از بار (LI) است، به این معنی که میتواند بدون توجه به دستگاهی که در حال شارژ شدن است، توان ثابت و کارایی بالایی ارائه دهد. در مورد باتری گوشی هوشمند، این بدان معناست که انرژی با ولتاژ ثابت به صورت کارآمدی منتقل میشود، بدون اینکه تحت تأثیر نوسانات مقاومتی که هنگام پر شدن باتری رخ میدهد، قرار گیرد.
این ویژگی برای باتریهای بزرگتر در کاربردهای پیچیدهتر، مانند وسایل نقلیه الکتریکی، که بار میتواند در طول شارژ به شدت تغییر کند، بسیار حائز اهمیت است.
نقش یادگیری ماشین در تقویت انتقال بیسیم
تکنیک جدید از یادگیری ماشین برای مدلسازی و بهینهسازی سیستمهای انتقال انرژی با وابستگی کمتر به بار استفاده میکند. این فرآیند شامل ساخت یک مدل مجازی از سیستم و سپس شبیهسازی عملکرد آن است، در حالی که هوش مصنوعی آن را مشاهده میکند.
هوش مصنوعی عملکرد سیستم را بر اساس معیارهایی مانند میزان انرژی از دست رفته به صورت گرما و پایداری سیگنال الکتریکی، ارزیابی میکند. سپس با استفاده از روش آزمون و خطا، سیستم را بهینه میکند تا با حداکثر کارایی عمل کرده و انتقال انرژی با حداقل نوسانات و اتلاف صورت گیرد.
طبق این مطالعه، با استفاده از روش جدید، محققان توانستند نوسانات را به ۵ درصد کاهش دهند، در حالی که در سیستمهای وابسته به بار این مقدار ۱۸ درصد بود. همچنین، کارایی انتقال انرژی را تا ۸۶.۷ درصد افزایش دادند، در حالی که کارایی سیستمهای وابسته به بار میتواند تا ۶۵ درصد پایین بیاید.
پروفسور هیروو سکیا، نویسنده اصلی این تحقیق از دانشگاه چیبا، میگوید که سیستمهای WPT مستقل از بار کاربردهای گستردهای فراتر از شارژ بیسیم دستگاهها دارند. او در بیانیهای گفت: «ما اطمینان داریم که نتایج این تحقیق گامی مهم به سوی یک جامعه کاملاً بیسیم است. علاوه بر این، به دلیل عملکرد LI، سیستم WPT میتواند به روشی ساده ساخته شود، که هزینه و اندازه آن را کاهش میدهد. هدف ما این است که WPT در ۵ تا ۱۰ سال آینده به یک امر عادی تبدیل شود.»
این مطالعه همچنین نشان میدهد که چگونه میتوان از هوش مصنوعی برای بهبود طراحی مدارهای الکتریکی استفاده کرد و به تحولی در «نحوه طراحی الکترونیک قدرت و حرکت به سوی آیندهای با طراحی مدارهای خودکار» منجر شد.