AI讓無線供能「穩(wěn)」下來：物聯(lián)網(wǎng)提供穩(wěn)定無線電力AI驅(qū)動(dòng)LED系統(tǒng)

在一片井然有序的生產(chǎn)間中，數(shù)個(gè)機(jī)器閃爍著明滅不定的光。機(jī)器手，移動(dòng)的裝載機(jī)器人，正在測(cè)試的封裝——這些設(shè)備全都沒有充電線，這是一個(gè)復(fù)雜精密的無限充電房間。

一直以來，人們都期望電力能像 wifi 那樣，能從空氣中穩(wěn)定地流向設(shè)備，無中斷、無掉線、無需人工調(diào)節(jié)。但能量不是無線信號(hào)，它會(huì)被方向、位置、金屬反射、人體阻擋輕易擾亂。哪怕設(shè)備輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)幾度，能量效率就可能驟降。

但就在東京科學(xué)大學(xué)未來科學(xué)技術(shù)跨學(xué)科研究實(shí)驗(yàn)室（FIRST）中，AI正在把無線供能從「極度敏感」變成「自動(dòng)穩(wěn)態(tài)」。他們的研究團(tuán)隊(duì)將 AI 引入無線電力傳輸系統(tǒng)，讓其在各種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中自動(dòng)預(yù)測(cè)、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)調(diào)諧，使能量傳輸保持高效率和高穩(wěn)定性。

相關(guān)研究以「Automatic and adaptive optical wireless power transmission for IoT with dual mode of day and night charging」為題，發(fā)布在《Optics Express》。

論文鏈接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-33-22-46599

有AI介入的物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的快速擴(kuò)展增加了對(duì)高效、靈活的電源解決方案的需求。而對(duì)于室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于發(fā)光二極管（LED）的光無線電力傳輸（OWPT）方法。

在這類無線充電的問題中，有一個(gè)困難是無論怎樣也繞不開的。電力傳輸并不容易操縱，在復(fù)雜的環(huán)境之中，自適應(yīng)的系統(tǒng)將會(huì)有助于實(shí)現(xiàn)高效的遠(yuǎn)距離電力傳輸，并優(yōu)化檢測(cè)框架，實(shí)現(xiàn)可靠的光束瞄準(zhǔn)。

為了克服長(zhǎng)距離傳輸中的能量損失，團(tuán)隊(duì)所提出的系統(tǒng)采用了一種具有雙層透鏡配置的自適應(yīng)透鏡系統(tǒng)，該配置包括一個(gè)具有可調(diào)焦距的液態(tài)透鏡和一個(gè)成像透鏡。這種設(shè)置根據(jù)接收器的距離和大小自動(dòng)調(diào)整光斑大小，確保最佳能量傳輸。

團(tuán)隊(duì)所使用的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)建立在他們之前自動(dòng) OWPT 研究的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之上。RGB 攝像頭檢測(cè)光伏位置，而紅外攝像頭識(shí)別照射點(diǎn)。根據(jù)檢測(cè)到的光伏位置，系統(tǒng)調(diào)整反射器的方向以調(diào)整照射點(diǎn)位置。這個(gè)過程一直持續(xù)到光伏和光斑之間的位置差達(dá)到零，無論目標(biāo)移動(dòng)或距離變化如何，都能確保精確對(duì)準(zhǔn)。

圖示：自動(dòng)和自適應(yīng) OWPT 系統(tǒng)的概念。

團(tuán)隊(duì)所使用的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)建立在他們之前自動(dòng) OWPT 研究的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之上。RGB 攝像頭檢測(cè)光伏位置，而紅外攝像頭識(shí)別照射點(diǎn)。根據(jù)檢測(cè)到的光伏位置，系統(tǒng)調(diào)整反射器的方向以調(diào)整照射點(diǎn)位置。這個(gè)過程一直持續(xù)到光伏和光斑之間的位置差達(dá)到零，無論目標(biāo)移動(dòng)或距離變化如何，都能確保精確對(duì)準(zhǔn)。

真實(shí)測(cè)試下的效果

借助這些創(chuàng)新，所提出的自動(dòng) OWPT 系統(tǒng)能夠依次針對(duì)不同尺寸和不同距離的多個(gè)光伏接收器，快速在它們之間切換，且不會(huì)中斷。

研究團(tuán)隊(duì)表示，基于CNN的方法在檢測(cè)較小光伏電池的輻照斑點(diǎn)方面（當(dāng)距離較近時(shí)尤其明顯）存在局限性，相比之下，優(yōu)化后的檢測(cè)方法結(jié)合短曝光成像與基于OpenCV的圖像處理技術(shù)，能精確分割PV表面的實(shí)際輻照區(qū)域。

圖示：實(shí)驗(yàn)裝置。

在晝夜環(huán)境切換的測(cè)試中，切換的相應(yīng)延遲不到 50 毫秒，即使有一臺(tái) pv 離開視野 50~55 秒，系統(tǒng)也可以維持正常檢測(cè)。

受環(huán)境光影響，大中型光伏電池都能在5米范圍內(nèi)可靠探測(cè)到，對(duì)于小型光伏電池則縮短至 3.5 米。不過，在較暗光線或無光環(huán)境下，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為紅外成像，夜間模式中小型 PV 的有效探測(cè)距離約為 4 米。這些距離對(duì)應(yīng)于一個(gè)小型接收器（如智能手機(jī)一半大小）能夠可靠追蹤和充電的最大距離。

最后，實(shí)驗(yàn)顯示該系統(tǒng)的效率約為 56.2%。即使存在光伏電池的尺寸與距離限制，系統(tǒng)的自適應(yīng)透鏡機(jī)制仍可以通過動(dòng)態(tài)調(diào)整焦距來補(bǔ)償，以保持不同PV距離下照射斑點(diǎn)的一致和優(yōu)化大小。

圖示：照射斑點(diǎn)的邊長(zhǎng)在不同距離下有變化。

穩(wěn)定的無線電傳遞方案

系統(tǒng)通過集成的動(dòng)態(tài)可調(diào)焦距的液態(tài)透鏡，能夠?qū)崟r(shí)精確調(diào)整紅外光束光束點(diǎn)大小，實(shí)現(xiàn)不同尺寸和距離的光伏接收器的精確瞄準(zhǔn)，支持有效功率傳輸距離達(dá)5米。

該系統(tǒng)在明亮和黑暗環(huán)境中都能無縫運(yùn)行。優(yōu)化的點(diǎn)檢測(cè)方法提升了小型輻照點(diǎn)的定位精度，僅分段針對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行充電。在無照明條件下，配備反射器的光伏接收器能夠在約4米范圍內(nèi)可靠地探測(cè)。這支持多接收機(jī)的穩(wěn)健瞄準(zhǔn)和功率傳輸，以及快速切換模式且不中斷。

它將在如智能工廠、封閉實(shí)驗(yàn)環(huán)境等工作中發(fā)揮關(guān)鍵作用，未來憑借技術(shù)的發(fā)展與成熟，這類系統(tǒng)將會(huì)成為一類可靠的思路拓展方向。

相關(guān)報(bào)道：https://techxplore.com/news/2025-11-ai-powered-stable-wireless-power.html