Đột phá: Dùng AI trong công nghệ truyền điện không dây

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã sử dụng máy học để phát triển một hệ thống truyền điện không dây (WPT) có khả năng duy trì sự ổn định.

Bước tiến mới trong công nghệ truyền điện không dây

Các nhà khoa học tại Nhật Bản vừa công bố một phương pháp thiết kế hệ thống WPT hiệu quả cao dựa trên máy học. Phương pháp này cho phép hệ thống duy trì điện áp ổn định ngay cả khi tải thay đổi – một bước quan trọng hướng tới việc ứng dụng rộng rãi công nghệ truyền điện không dây. Nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí IEEE Transactions on Circuits and Systems số tháng 6.

Mô phỏng về thí nghiệm truyền điện không dây dẫn

Hiện nay, WPT đã được ứng dụng trong nhiều thiết bị quen thuộc như điện thoại thông minh, cảm biến y sinh hay bếp từ, vốn sử dụng cơ chế WPT để làm nóng nồi chảo. Tuy nhiên, nhược điểm lớn của công nghệ này là khó kiểm soát sự dao động điện năng vì chúng phụ thuộc vào tải, tức là hiệu suất thay đổi tùy thiết bị được cấp điện.

Đối với smartphone, việc duy trì điện áp ổn định là điều tối quan trọng để pin sạc an toàn. Khi pin dần đầy, điện trở thay đổi, gây ra dao động điện áp trong hệ thống WPT phụ thuộc tải, có thể làm hỏng thiết bị hoặc khiến tốc độ sạc chậm lại.

Trái lại, phương pháp mới dựa trên máy học là hệ thống không phụ thuộc tải (LI), nghĩa là nó có thể cung cấp nguồn điện ổn định, hiệu suất cao bất kể loại thiết bị đang sạc. Với pin smartphone, điều này đồng nghĩa điện năng được truyền đi ổn định, không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi điện trở khi pin đầy dần. Điều này càng quan trọng với các pin dung lượng lớn, chẳng hạn như trong xe điện, nơi tải có thể thay đổi mạnh trong quá trình sạc.

Cơ chế hoạt động của WPT và vai trò của máy học

Hệ thống WPT hoạt động dựa trên hiện tượng cộng hưởng, tương tự như cách radio hay TV thu sóng. Máy phát điều chỉnh dao động giữa tụ điện và cuộn cảm để tạo ra sóng điện từ ở một tần số nhất định. Khi sóng này gặp mạch thu được điều chỉnh cùng tần số, hai bên cộng hưởng, khuếch đại tín hiệu và cho phép thu nhận năng lượng.

Nếu như trong radio, tín hiệu sẽ được xử lý để tạo ra âm thanh, thì trong WPT, cộng hưởng giúp mạch thu hấp thụ và lưu trữ năng lượng truyền đi.

Phương pháp mới ứng dụng máy học để mô phỏng và tối ưu hệ thống ít phụ thuộc tải hơn. Các nhà nghiên cứu xây dựng mô hình ảo, chạy thử nghiệm, để AI quan sát và đánh giá hiệu suất dựa trên các tiêu chí như tổn hao năng lượng (dưới dạng nhiệt) hay độ sạch của tín hiệu điện. AI sau đó dùng phương pháp thử để tinh chỉnh mô hình, giúp hệ thống hoạt động ở mức tối ưu: truyền điện với ít dao động và ít thất thoát năng lượng nhất.

Kết quả cho thấy, với phương pháp mới, dao động điện áp giảm xuống chỉ còn 5% so với 18% của hệ thống phụ thuộc tải. Hiệu suất truyền điện tăng lên 86,7%, trong khi các hệ thống phụ thuộc tải có thể chỉ đạt khoảng 65%.

Tiềm năng của một xã hội hoàn toàn không dây

Theo Giáo sư Hiroo Sekiya, trưởng nhóm nghiên cứu tại Trường Sau đại học về Khoa học Tích hợp Nâng cao, Đại học Chiba: “Chúng tôi tin rằng kết quả nghiên cứu này là một bước tiến quan trọng hướng tới một xã hội hoàn toàn không dây. Hơn nữa, nhờ cơ chế không phụ thuộc tải, hệ thống WPT có thể được xây dựng đơn giản hơn, giúp giảm chi phí và kích thước. Mục tiêu của chúng tôi là đưa WPT trở thành công nghệ phổ biến trong vòng 5 đến 10 năm tới”.

Ngoài ra, nghiên cứu này cũng minh chứng cho khả năng AI có thể cải thiện thiết kế mạch điện, mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực điện tử công suất – nơi việc thiết kế mạch dần tiến tới tự động hóa hoàn toàn.