قام معهد طوكيو للعلوم (Science Tokyo) بتطوير أول نظام بصري لنقل الطاقة لاسلكيًا في العالم باستخدام مصابيح LED، والذي يعمل في الظلام وفي الضوء الساطع. تجعل مصابيح LED التكنولوجيا آمنة ويمكن الوصول إليها.

يتطلب التطور السريع لإنترنت الأشياء (IoT) أساليب جديدة لتشغيل هذه الأجهزة. تحد الأسلاك من قدرتها على الحركة، وتتطلب البطاريات إعادة الشحن والاستبدال بشكل متكرر.

يعد نقل الطاقة اللاسلكية الضوئية (OWPT) تقنية واعدة يمكنها حل هذه المشكلات. مبدأ عملها بسيط للغاية: يلمع على الجهاز، ويقوم الكاشف الضوئي الموجود فيه بتحويل الضوء إلى كهرباءمثل الألواح الشمسية.

عادةً ما تستخدم هذه الأنظمة الليزر. ولكنها تشكل مخاطر على العينين والجلد، لذا فإن اللوائح الصارمة تحد من استخدام إنترنت الأشياء مع OWPT في الداخل دون حماية مناسبة.

مصابيح LED بدلاً من الليزر

تعتبر مصابيح LED أكثر أمانًا، كما أنها أسهل في التحكم بها، كما أنها اقتصادية ومتينة. ولكن من الصعب التركيز على مصابيح LED، خاصة على مسافات طويلة وفي ظروف الإضاءة المحيطة المتغيرة.

يقول البروفيسور تومويوكي مياموتو من مختبر الأبحاث متعدد التخصصات لعلوم وتكنولوجيا المستقبل التابع لـ Science Tokyo: "لقد أنشأنا نظام OWPT ثنائي الوضع التكيفي الذي يتكيف تلقائيًا مع ظروف الغرفة الساطعة والمظلمة، مع ضمان نقل الطاقة بشكل آمن وفعال إلى أجهزة إنترنت الأشياء المتعددة".

للتغلب على فقدان الطاقة أثناء النقل لمسافات طويلة، يستخدم التصميم نظامًا بصريًا متكيفًا يتكون من عدسة سائلة ذات طول بؤري قابل للضبط وعدسة تصوير. يقوم هذا التصميم تلقائيًا بضبط حجم بقعة الضوء اعتمادًا على المسافة إلى جهاز الاستقبال وأبعاده، مما يضمن نقل الطاقة الأمثل.

يتم تحقيق استهداف دقيق للأشعة من خلال مرآة قابلة للتعديل، والتي يمكن تدويرها بشكل مستقل في الاتجاهات الأفقية والرأسية باستخدام محركات السائر. للتركيز على الكاشف الضوئي، يتم استخدام كاميرا عمق، مزودة بمستشعر RGB ومستشعر الأشعة تحت الحمراء (IR). يحدد مستشعر RGB موضع الخلية الكهروضوئية، ويحدد مستشعر الأشعة تحت الحمراء نقطة الإضاءة من الشعاع. يتيح ذلك لنظام التحكم ضبط اتجاه المرآة للإشارة إلى جهاز الاستقبال المستهدف.

تسيطر عليها الشبكة العصبية

لضمان التشغيل المستمر سواء في الضوء أو في الظلام، يتم تمييز أجهزة الكشف الضوئية بخطوط عاكسة. إنها تعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث من جهاز عرض الأشعة تحت الحمراء الخاص بكاميرا العمق، مما يخلق مخططًا واضحًا لكل جهاز استقبال. يتيح ذلك للنظام تحديد شكل أجهزة الاستقبال وموضعها بدقة، وتسليط الضوء على الهدف وتقليل التداخل من الكائنات المحيطة. للحصول على دقة أفضل، يتم التحكم في النظام من خلال شبكة عصبية تلافيفية تعتمد على خوارزمية Single Shot MultiBox Detector.

ويمكن للمنتج الجديد أن يستهدف عدة مستهلكين بشكل تسلسلي على مسافات مختلفة، والتبديل بينهم بسرعة دون انقطاع. خلال التجارب التي يتم عرض نتائجها في البصريات اكسبريس, يعمل النظام بثبات في كل من الظروف المضاءة وغير المضاءة ويوفر نقلًا فعالاً ومستقرًا للطاقة على مسافات تصل إلى خمسة أمتار.

واختتم مياموتو حديثه قائلاً: "يوفر نظام OWPT الأوتوماتيكي الخاص بنا حلاً مستقرًا ومتعدد الاستخدامات لنقل الطاقة اللاسلكية. وسيكون له تطبيقات في بناء بنية تحتية مستدامة لإنترنت الأشياء، خاصة في المصانع الذكية والمنازل والمساحات الداخلية الأخرى".