Kejayaan Pembelajaran Mesin Jepun Menjanjikan Pemindahan Kuasa Tanpa Wayar yang Stabil dan Cekap

Merevolusikan Kuasa Tanpa Wayar: Kejayaan Pembelajaran Mesin Jepun

Dalam satu lonjakan besar ke arah masa depan yang benar-benar tanpa wayar, saintis di Jepun memperkenalkan kaedah berasaskan pembelajaran mesin yang meningkatkan kestabilan dan kecekapan sistem pemindahan kuasa tanpa wayar (WPT) dengan ketara. Inovasi ini, yang dibangunkan oleh pasukan penyelidik dari Universiti Chiba dan diterbitkan dalam jurnal berprestij IEEE Transactions on Circuits and Systems pada Jun 2025, boleh membuka jalan kepada penggunaan meluas pengecasan tanpa wayar dalam pelbagai peranti, daripada telefon pintar hingga kenderaan elektrik dan peralatan industri.

Pemindahan kuasa tanpa wayar, iaitu teknologi yang membolehkan peranti dicas tanpa kabel fizikal, sudah lama menjadi impian jurutera dan pengguna. Walaupun WPT sudah digunakan dalam produk seperti telefon pintar, berus gigi elektrik dan dapur aruhan, penggunaannya secara lebih meluas terbantut akibat cabaran teknikal—terutamanya ketidakstabilan bekalan kuasa apabila peranti dengan keperluan tenaga yang berbeza disambungkan. Kejayaan Jepun ini menangani masalah tersebut secara langsung dengan menggunakan kecerdasan buatan untuk menghasilkan sistem yang membekalkan kuasa secara konsisten dan cekap, tanpa mengira peranti yang sedang dicas.

Mengapa Pemindahan Kuasa Tanpa Wayar yang Stabil Sukar Dicapai?

Pada asasnya, pemindahan kuasa tanpa wayar berfungsi dengan menghantar tenaga melalui medan elektromagnet. Gegelung pemancar menghasilkan frekuensi tertentu, manakala gegelung penerima—yang ditala kepada frekuensi sama—menangkap tenaga itu dan menukarkannya semula kepada elektrik. Proses yang dikenali sebagai resonans ini amat sensitif terhadap ciri-ciri peranti penerima, atau "beban".

Sebagai contoh, apabila telefon pintar dicas, rintangan baterinya berubah apabila cas semakin penuh. Hal ini boleh menyebabkan turun naik voltan dalam sistem WPT tradisional, lalu pengecasan menjadi lebih perlahan, kecekapan merosot atau elektronik sensitif mengalami kerosakan. Masalah ini lebih ketara bagi bateri yang lebih besar, seperti bateri kenderaan elektrik, yang bebannya boleh berubah dengan ketara semasa pengecasan.

Penyelesaian tradisional bergantung pada persamaan analisis yang kompleks untuk mengira nilai tepat komponen litar seperti induktor dan kapasitor. Namun, persamaan ini sering berasaskan andaian ideal dan tidak mengambil kira faktor dunia sebenar seperti toleransi pembuatan, kemuatan parasit dan perubahan persekitaran. Akibatnya, voltan keluaran sistem WPT konvensional boleh berubah sehingga 18% apabila beban berubah, manakala kecekapan boleh merosot serendah 65%.

Bagaimana Pembelajaran Mesin Mengubah Reka Bentuk Kuasa Tanpa Wayar

Pasukan Universiti Chiba yang diketuai Profesor Hiroo Sekiya menangani cabaran ini dengan memanfaatkan pembelajaran mesin dan pengoptimuman berangka. Pendekatan mereka memodelkan keseluruhan litar WPT menggunakan persamaan pembezaan yang menggambarkan dengan tepat kelakuan komponen dunia sebenar, termasuk ciri tidak ideal seperti kemuatan parasit diod. Persamaan ini diselesaikan secara berangka, langkah demi langkah, sehingga sistem mencapai keadaan operasi mantap.

Untuk mengoptimumkan sistem, penyelidik menggunakan algoritma genetik—sejenis kecerdasan buatan yang diilhamkan oleh pemilihan semula jadi. Algoritma itu menilai prestasi pelbagai konfigurasi litar berdasarkan beberapa matlamat utama: kestabilan voltan keluaran, kecekapan penghantaran kuasa dan herotan harmonik yang rendah (yang boleh mengganggu elektronik lain). Kemudian, algoritma itu melaraskan parameter litar secara berulang, "mengembangkan" reka bentuk sehingga prestasi terbaik dicapai dalam pelbagai keadaan beban.

Kaedah berasaskan pembelajaran mesin yang sepenuhnya berangka ini membolehkan operasi yang disebut jurutera sebagai "tidak bergantung pada beban". Dengan kata lain, sistem mengekalkan voltan keluaran yang stabil dan kecekapan tinggi walaupun beban berubah-ubah. Para penyelidik menunjukkan teknik ini pada sistem WPT kelas-EF—topologi yang menggabungkan penyongsang kelas-EF dengan penerus kelas-D, yang kedua-duanya diketahui cekap dan sesuai untuk aplikasi kuasa tanpa wayar.

Keputusan Utama: Peningkatan Ketara dari Segi Kestabilan dan Kecekapan

Keputusannya amat memberangsangkan. Sistem baharu itu mengurangkan turun naik voltan keluaran kepada kurang daripada 5%—peningkatan besar berbanding perubahan sebanyak 18% dalam reka bentuk konvensional. Kecekapan pemindahan kuasa melonjak kepada 86.7% pada 6.78 MHz, dengan kuasa keluaran melebihi 23 watt. Sebagai perbandingan, sistem tradisional sering sukar mengekalkan kecekapan melebihi 65% apabila beban berubah-ubah.

Yang penting, pendekatan pembelajaran mesin itu turut meningkatkan prestasi pada beban ringan, iaitu keadaan yang menyebabkan sistem tradisional sangat mudah menjadi tidak stabil. Dengan memodelkan ciri komponen dunia sebenar secara tepat, sistem itu mengekalkan pelesapan tenaga pada gegelung pemancar hampir malar merentas beban yang berbeza, sekali gus menunjukkan pengawalan arus yang berkesan dan pembaziran tenaga yang minimum.

Penulis utama, Profesor Hiroo Sekiya, menjelaskan, "Pendekatan pembelajaran mesin kami memodelkan sistem secara maya, menjalankan simulasi dan menggunakan kecerdasan buatan untuk mengoptimumkan prestasi dengan mengurangkan tenaga yang hilang sebagai haba serta mengekalkan kualiti isyarat."

Apakah yang Membezakan Kejayaan Ini?

Walaupun pengecasan tanpa wayar bukanlah teknologi baharu, pencapaian pasukan Jepun ini terletak pada kejayaan mengatasi masalah ketidakstabilan berterusan yang bergantung pada beban. Kaedah mereka tidak memerlukan pelarasan manual komponen litar yang memakan masa bagi setiap peranti atau aplikasi baharu. Sebaliknya, proses reka bentuk berasaskan AI boleh menyesuaikan diri secara automatik dengan beban, persekitaran dan kegunaan yang berbeza, menjadikannya jauh lebih praktikal untuk digunakan dalam dunia sebenar.

Fleksibiliti ini amat bernilai bagi aplikasi baharu seperti kenderaan elektrik, robot industri dan implan perubatan, yang keperluan tenaganya boleh berubah dengan cepat dan tidak menentu. Dengan memastikan bekalan kuasa yang stabil dan cekap dalam semua keadaan, teknologi ini boleh mempercepat penggunaan kuasa tanpa wayar dalam sektor yang setakat ini bergantung pada kabel dan penyambung yang menyusahkan.

Dari Makmal ke Kehidupan Seharian: Laluan ke Masyarakat Tanpa Wayar

Implikasi penyelidikan ini jauh melangkaui gajet pengguna. Pasukan Universiti Chiba membayangkan masa depan apabila kuasa tanpa wayar digunakan secara meluas seperti Wi-Fi, membolehkan peranti dicas dengan lancar di rumah, pejabat, kilang dan ruang awam. Reka bentuk ringkas yang tidak bergantung pada beban ini juga boleh mengurangkan kos dan saiz sistem WPT, sekali gus memudahkan pengeluaran besar-besaran dan penyepaduannya ke dalam produk harian.

Namun, seperti teknologi baharu yang lain, masih ada halangan yang perlu diatasi sebelum penggunaannya meluas secara komersial. Kejuruteraan lanjut, ujian keselamatan yang rapi dan pembangunan piawaian industri diperlukan bagi memastikan kebolehpercayaan dan keserasian antara pelbagai peranti serta pengeluar. Walau bagaimanapun, pakar percaya kejayaan ini boleh menjadikan kuasa tanpa wayar sesuatu yang lazim dalam tempoh lima hingga sepuluh tahun akan datang.

Seperti yang dilaporkan oleh ColombiaOne.com, "Peningkatan ini mungkin amat penting bagi bateri yang lebih besar dan kompleks seperti bateri kenderaan elektrik, yang beban pengecasannya boleh berubah dengan ketara. Kaedah ini turut memudahkan pembinaan litar dan berpotensi mengurangkan kos serta saiz, dengan pasukan itu menyasarkan agar kuasa tanpa wayar menjadi sesuatu yang lazim dalam tempoh lima hingga sepuluh tahun."

Kecerdasan Buatan: Masa Depan Reka Bentuk Elektronik Kuasa

Kejayaan Jepun ini sebahagian daripada trend lebih luas dalam kejuruteraan elektrik: penyepaduan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin dalam reka bentuk perkakasan. Secara tradisional, mereka bentuk elektronik kuasa—seperti penyongsang, penerus dan sistem kuasa tanpa wayar—merupakan proses yang memerlukan banyak tenaga kerja, kepakaran mendalam dan percubaan berulang kali.

Kemajuan terkini dalam AI, termasuk model bahasa besar dan algoritma evolusi, memudahkan proses ini. Dengan mengautomasikan pengoptimuman parameter litar dan mengambil kira kerumitan dunia sebenar, alat reka bentuk berasaskan AI boleh memendekkan tempoh pembangunan, mengurangkan kesilapan manusia serta membuka ruang kepada tahap prestasi dan kecekapan yang baharu.

Menurut ulasan terbaharu yang diterbitkan di ScienceDirect, "Reka bentuk berasaskan AI mengoptimumkan parameter sistem pemindahan kuasa tanpa wayar frekuensi tinggi. Model AI berasaskan GPT mengurangkan masa dan kerumitan reka bentuk elektronik kuasa dengan ketara." Ulasan itu mengetengahkan potensi AI untuk merevolusikan bukan sahaja kuasa tanpa wayar, malah seluruh bidang elektronik kuasa, daripada pengangkutan hingga Internet Benda (IoT).

Apakah Langkah Seterusnya untuk Kuasa Tanpa Wayar?

Walaupun keputusan pasukan Universiti Chiba setakat ini berasaskan eksperimen makmal, prinsip yang mendasarinya boleh digunakan secara meluas. Apabila kaedah reka bentuk berasaskan AI semakin matang dan diterima pakai secara meluas, kemajuan pesat dijangka berlaku dalam pembangunan sistem kuasa tanpa wayar yang praktikal dan boleh dipercayai untuk pelbagai aplikasi.

Pemerhati industri meramalkan bahawa dekad akan datang mungkin menyaksikan kemunculan persekitaran "sepenuhnya tanpa wayar", dengan peranti dicas secara automatik sebaik sahaja memasuki bilik, kenderaan dicas semula ketika diletakkan atau bahkan semasa bergerak, dan peralatan industri beroperasi tanpa kekangan kabel kuasa. Perubahan sedemikian bukan sahaja meningkatkan kemudahan, malah mengurangkan sisa elektronik, meningkatkan keselamatan serta membolehkan bentuk keterhubungan dan automasi baharu.

Ringkasan

• Penyelidik Jepun di Universiti Chiba membangunkan kaedah berasaskan pembelajaran mesin yang membolehkan pemindahan kuasa tanpa wayar yang stabil dan cekap tanpa mengira perubahan beban.
• Kejayaan ini mengurangkan turun naik voltan keluaran kepada kurang daripada 5% dan meningkatkan kecekapan kepada 86.7%, berbanding turun naik 18% dan kecekapan 65% dalam sistem konvensional.
• Proses reka bentuk berasaskan AI menggunakan pemodelan berangka dan algoritma genetik untuk mengoptimumkan parameter litar, sekali gus mengatasi batasan kaedah analisis tradisional.
• Teknologi ini boleh mempercepat penggunaan kuasa tanpa wayar dalam telefon pintar, kenderaan elektrik, peralatan industri dan banyak lagi, serta berpotensi menjadikan pengecasan tanpa wayar sesuatu yang lazim dalam tempoh lima hingga 10 tahun.
• Penyelidikan ini menyerlahkan peranan kecerdasan buatan yang semakin penting dalam mengautomasikan dan mengoptimumkan reka bentuk elektronik kuasa, sekali gus menjanjikan inovasi yang lebih pantas dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi pada masa depan.