Navrhovaný systém OWPT zaisťuje bezproblémový prenos energie v tmavých aj svetlých prostrediach, dokáže zacieliť na viacero cieľov na rôzne vzdialenosti a je lacný a robustný. Kredit: Institute of Science Tokyo
Vedci z Science Tokyo vyvinuli prvý automatický a adaptívny systém optického bezdrôtového prenosu energie na báze diódy vyžarujúcej svetlo (LED) s dvojitým režimom, ktorý funguje bez problémov za tmavých aj jasných svetelných podmienok. Systém spolu s rozpoznávaním obrazu poháňaným umelou inteligenciou dokáže efektívne napájať viacero zariadení v poradí bez prerušenia. Pretože je založený na LED, ponúka lacné a bezpečné riešenie ideálne na budovanie udržateľnej vnútornej infraštruktúry internetu vecí.
S rýchlym rozvojom internetu vecí (IoT) rastie aj dopyt po efektívnych a flexibilných riešeniach napájania. Tradičné spôsoby dodávania energie, ako sú batérie a káblové spojenia, majú mnoho nevýhod. Batérie vyžadujú časté nabíjanie a výmenu, zatiaľ čo káble obmedzujú mobilitu zariadenia.
Optický bezdrôtový prenos energie (OWPT) je nová technológia, ktorá dokáže vyriešiť tieto obmedzenia. V OWPT sa energia prenáša cez voľný priestor, bez fyzických drôtov, premenou elektriny na svetlo, jej prenosom a následnou premenou svetla späť na elektrickú energiu pomocou fotovoltaických (PV) prijímačov.
Väčšina súčasných výskumov OWPT sa zamerala na laserové systémy. Avšak pre scenáre IoT v interiéri musia systémy OWPT spĺňať prísne predpisy o maximálnej povolenej expozícii, aby sa predišlo nebezpečenstvu pre oči alebo pokožku, čím sa laserové systémy stávajú nevhodnými bez vývoja špeciálnych bezpečnostných technológií.
Naproti tomu systémy OWPT na báze svetelných diód (LED) sú vo svojej podstate bezpečnejšie, poskytujú spoľahlivý prenos energie a ľahšie sa ovládajú, sú nákladovo efektívne a majú dlhú životnosť. Napriek tomu tieto systémy zápasia so stratou energie na dlhé vzdialenosti a nekonzistentným výkonom pri meniacich sa okolitých svetelných podmienkach.
Na prekonanie týchto obmedzení profesor Tomoyuki Miyamoto a doktorandský výskumník Mingzhi Zhao z Laboratória pre budúci interdisciplinárny výskum vedy a techniky na Inštitúte vedy v Tokiu (Science Tokyo), Japonsko, vyvinuli prelomový systém OWPT na báze LED. „Navrhli sme dvojrežimový adaptívny systém OWPT, ktorý sa automaticky prispôsobuje jasnému aj tmavému vnútornému prostrediu a zároveň umožňuje bezpečné a efektívne dodávanie energie do viacerých zariadení internetu vecí,“ vysvetľuje Miyamoto. Ich štúdia bola publikovaná v časopise Optics Express 24. októbra 2025.
Na prekonanie straty výkonu počas prenosu na veľké vzdialenosti využíva navrhovaný systém adaptívny systém šošoviek s dvojvrstvovou konfiguráciou šošoviek, ktorý pozostáva z tekutej šošovky s nastaviteľnou ohniskovou vzdialenosťou a zobrazovacej šošovky. Toto nastavenie automaticky upraví veľkosť bodu lúča na základe vzdialenosti a veľkosti prijímača, čím sa zabezpečí optimálny prenos energie.
Pre presné zameranie svetelného lúča systém využíva nastaviteľný reflektor, ktorý možno nezávisle otáčať v horizontálnom a vertikálnom smere pomocou dvoch sériovo zapojených krokových motorov. Na zabezpečenie presného zarovnania smerom k fotovoltaickým (PV) prijímačom výskumníci použili hĺbkovú kameru s RGB senzorom aj infračerveným (IR) senzorom. RGB senzor detekuje polohu PV prijímača, zatiaľ čo IR senzor identifikuje miesto ožiarenia lúčom. To umožňuje riadiacemu systému upraviť orientáciu reflektora smerom k cieľovému prijímaču.
Na zabezpečenie nepretržitej prevádzky v osvetlených aj tmavých podmienkach sú FV prijímače vybavené retroreflexnými (RF) fóliami na svojich okrajoch. Tieto pláty odrážajú IR svetlo vyžarované IR projektorom hĺbkovej kamery a vytvárajú jasný obrys pre každý PV prijímač. To umožňuje systému presne detegovať tvary a polohy prijímača, izolovať cieľovú PV oblasť a minimalizovať rušenie okolitými objektmi. Na ďalšie zvýšenie presnosti výskumníci integrovali konvolučnú neurónovú sieť založenú na algoritme Single Shot MultiBox Detector (SSD).
S týmito inováciami môže navrhovaný systém auto-OWPT postupne zacieliť viacero fotovoltaických prijímačov rôznych veľkostí a na rôzne vzdialenosti, rýchlo medzi nimi prepínať a bez prerušenia. V experimentoch systém bezproblémovo fungoval v osvetlenom aj neosvetlenom prostredí a dosahoval efektívny a stabilný prenos energie až do vzdialenosti piatich metrov.
„Náš systém auto-OWPT ponúka stabilné a všestranné bezdrôtové riešenie prenosu energie,“ poznamenáva Miyamoto. „Bude hrať kľúčovú úlohu pri budovaní udržateľnej infraštruktúry internetu vecí, najmä v inteligentných továrňach, domácnostiach a vnútorných prostrediach, kde je nevyhnutné bezpečné, bezdrôtové, dynamické a škálovateľné dodávanie energie.“
Viac informácií: Mingzhi Zhao et al, Automatický a adaptívny optický bezdrôtový prenos energie pre IoT s duálnym režimom denného a nočného nabíjania, Optics Express (2025). DOI: 10.1364/oe.574553
Poskytuje vedecký inštitút v Tokiu
Citácia: Systém LED poháňaný umelou inteligenciou poskytuje stabilné bezdrôtové napájanie pre vnútorné zariadenia internetu vecí (2025, 14. novembra) získané 14. novembra 2025 z https://techxplore.com/news/2025-11-ai-powered-stable-wireless-power.html
Tento dokument podlieha autorským právam. Okrem akéhokoľvek poctivého obchodovania za účelom súkromného štúdia alebo výskumu nesmie byť žiadna časť reprodukovaná bez písomného súhlasu. Obsah je poskytovaný len na informačné účely.
