מערכת חכמה להעברת אנרגיה למכשירים מחוברים בתוך הבית

This post is also available in: English (אנגלית)

עם התרחבות תחום האינטרנט של הדברים (IoT), אספקת אנרגיה למספר רב של מכשירים מחוברים בתוך מבנים הפכה לאתגר הולך וגדל. פתרונות מסורתיים כגון סוללות או חיבורים חוטיים מציגים מגבלות ברורות: סוללות דורשות החלפה או טעינה תכופה, וכבלי חשמל מגבילים את הניידות והגמישות. מגבלות אלו עוררו עניין בשיטות העברת אנרגיה אלחוטית באמצעות אור (OWPT – Optical Wireless Power Transmission), המאפשרות לספק אנרגיה דרך אור ולהמיר אותה חזרה לחשמל במכשיר בעזרת קולטים פוטו-וולטאיים (PV).

חוקרים במכון Science Tokyo פיתחו מערכת OWPT חדשה מבוססת LED שמטפלת בחסרונות של סוללות ושל שיטות העברת אנרגיה אלחוטיות מסורתיות. בשונה ממערכות מבוססות לייזר, שעשויות להוות סיכוני בטיחות ודורשות עמידה בתקנות מחמירות, LED מאפשרת העברת אנרגיה בטוחה באופן טבעי, תוך שמירה על עלות נמוכה ועמידות גבוהה. עם זאת, האתגר המרכזי היה שמירה על אספקת כוח עקבית במרחקים משתנים ובתנאי תאורה משתנים.

הפתרון של הצוות משלב עיצוב אדפטיבי דו־מצבי, המסוגל לפעול בצורה חלקה גם בסביבות פנימיות מוארות וגם חשוכות. מערכת עדשות כפולה חדשה, המשלבת עדשת נוזל מתכווננת עם עדשת דימות, מתאימה אוטומטית את גודל קרן האור למרחק ולממדים של קולטי ה-PV, ובכך ממקסמת את יעילות העברת האנרגיה. רפלקטור ממונע, הניתן לשליטה בצירים אופקיים ואנכיים, מיישר את הקרן במדויק, מונחה על ידי מצלמת עומק עם חיישני RGB ואינפרא־אדום. תצורה זו מאפשרת למערכת לזהות את מיקום קולטי ה-PV ולעקוב אחרי מוקד ההקרנה, ולהבטיח אספקת אנרגיה מדויקת.

בינה מלאכותית משפרת את יעילות המערכת. רשת עצבית סטנדרטיות המבוססת על אלגוריתם Single Shot MultiBox Detector מעבדת את נתוני החיישנים, ומאפשרת למערכת להפעיל ברצף מספר מכשירים בגדלים שונים ללא הפסקה. גיליונות רטרו-רפלקטיביים המקיפים את קולטי ה-PV מספקים קווי מתאר ברורים בתנאי אור וחשכה, ומשפרים אף יותר את דיוק היעד.

על פי דיווח של TechXplore, המערכת החדשה מסוגלת להעביר כוח באופן יציב למרחק של עד חמישה מטרים, ולהחליף אוטומטית בין מכשירים תוך התאמה לשינויים סביבתיים. מעבר ליישומי IoT מסחריים כגון מפעלים חכמים ובתים מחוברים, הטכנולוגיה עשויה לתמוך גם במבצעים ביטחוניים והגנתיים על ידי אספקת כוח אלחוטית ובטוחה לחיישנים, יחידות תקשורת ומכשירים אוטונומיים במבנים פנימיים שבהם תשתית חוטית אינה מעשית או פגיעה.

השילוב בין אופטיקה אדפטיבית, גילוי מבוסס AI והעברת אנרגיה מבוססת LED מציב את פלטפורמת OWPT האוטומטית הזו כצעד מעשי לקראת פתרונות אנרגיה פנימיים מדרגיים, בטוחים וגמישים עבור הסביבה הצומחת של IoT.

המחקר פורסם כאן.