Разработано беспроводное питание для интернета вещей
В Токийском научном институте (Science Tokyo) разработали первую в мире систему оптической беспроводной передачи энергии на светодиодах, которая работает как в темноте, так и при ярком освещении. Светодиоды делают технологию безопаснее и доступнее.
Развитие интернета вещей (IoT) требует новых подходов к питанию этих устройств. Провода ограничивают их мобильность, батареи требуют частой подзарядки и замены.
Оптическая беспроводная передача энергии (OWPT) — перспективная технология, способная решить эти проблемы. Принцип ее действия крайне прост: светим на гаджет, а фотоприемник в нем преобразует свет в электричество, как солнечная панель.
Обычно в таких системах применяются лазеры. Но они создают риски для глаз и кожи, поэтому строгие нормативы ограничивают использование IoT с OWPT в помещениях без надлежащей защиты.
Светодиоды вместо лазеров
Куда безопаснее светодиоды, к тому же ими проще управлять, они экономичны и долговечны. Но LED сложнее фокусировать, особенно на больших расстояниях и в условиях меняющейся внешней освещенности.
«Мы создали адаптивную систему OWPT с двумя режимами работы, которая автоматически подстраивается под условия как ярко освещенных, так и темных помещений, обеспечивая при этом безопасную и эффективную передачу энергии нескольким устройствам IoT», — говорит профессор Томоюки Миямото из Лаборатории междисциплинарных исследований науки и технологий будущего Science Tokyo.
Для преодоления потерь мощности при передаче на большие расстояния в разработке используется адаптивная оптическая система, состоящая из жидкой линзы с настраиваемым фокусным расстоянием и линзы формирования изображения. Эта конструкция автоматически регулирует размер светового пятна в зависимости от расстояния до приемника и его размеров, обеспечивая оптимальную передачу мощности.
Точное наведение луча осуществляется регулируемым зеркалом, которое может независимо поворачиваться в горизонтальном и вертикальном направлениях с помощью шаговых двигателей. Для фокусировки на фотоприемнике применена камера глубины, оснащенная как RGB-, так и инфракрасным (IR) сенсором. RGB-сенсор определяет положение фотоэлемента, а IR-сенсор идентифицирует пятно засветки от луча. Это позволяет системе управления корректировать ориентацию зеркала для наведения на целевой приемник.
Под управлением нейросети
Для обеспечения непрерывной работы как при свете, так и в темноте фотоприемники обозначены световозвращающими полосами. Они отражают инфракрасный свет, излучаемый IR-проектором камеры глубины, создавая четкий контур для каждого приемника. Это позволяет системе точно определять форму и положение приемников, выделять цель и минимизировать помехи от окружающих объектов. Для лучшей точности системой управляет сверточная нейросеть на основе алгоритма Single Shot MultiBox Detector.
Новинка может последовательно нацеливаться на несколько потребителей на различных расстояниях, быстро переключаясь между ними без перерывов. В ходе экспериментов, результаты которых изложены в Optics Express, система стабильно работала как в освещенных, так и в неосвещенных условиях и обеспечила эффективную и стабильную передачу энергии на расстояние до пяти метров.
«Наша система автоматической OWPT предлагает стабильное и универсальное решение для беспроводной передачи энергии. Она найдет применение в построении устойчивой инфраструктуры IoT, особенно на "умных" фабриках, в домах и других внутренних пространствах», — заключил Миямото.
