La trasmissione di energia senza fili (Wireless Power Transfer, WPT) è una tecnologia ormai familiare, usata non solo per la ricarica di smartphone ma anche in molte applicazioni dell’elettronica di consumo. Tuttavia, un problema cruciale persiste: la potenza trasmessa tende a variare con il carico collegato, causando instabilità e perdita di efficienza. Questa instabilità deriva da fattori tecnici come tolleranze dei componenti e condizioni ambientali, che compromettono il cosiddetto zero voltage switching (ZVS), essenziale per un trasferimento efficiente.
Ora, un gruppo di ricercatori dell’Università di Chiba ha messo a punto un sistema che supera queste limitazioni. Grazie all’uso del machine learning e a una modellazione precisa del circuito, è possibile mantenere una potenza costante e stabile, aprendo la strada a una vera società “full wireless”, dove dispositivi e veicoli si ricaricano senza cavi, in modo rapido e affidabile.
Un sistema di ricarica wireless più stabile grazie al machine learning
La tecnologia tradizionale di WPT si basa su campi elettromagnetici che trasferiscono energia tra due bobine, ma l’efficienza cala quando cambiano le condizioni di carico. In molti sistemi, la progettazione dipende da calcoli teorici basati su condizioni ideali, ma nella pratica variazioni di componenti e ambiente introducono instabilità e perdite.
Il team guidato dal professor Hiroo Sekiya dell’Università di Chiba ha adottato un approccio innovativo: modellare il circuito attraverso equazioni differenziali che descrivono con dettaglio tensioni e correnti, includendo le caratteristiche reali dei componenti come la capacità parassita dei diodi.
A questo si aggiunge un algoritmo genetico, una tecnica di apprendimento automatico ispirata all’evoluzione naturale, che ottimizza progressivamente i parametri per raggiungere massima stabilità, efficienza e minima distorsione.
Prestazioni e applicazioni: un futuro senza fili
I risultati sperimentali riportati su IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers sono promettenti: con il sistema ottimizzato dall’AI, le variazioni di tensione sono rimaste entro il 5%, rispetto all’oscillazione del 18% nei sistemi tradizionali. Nei test il sistema ha erogato 23 watt con un’efficienza dell’86,7% alla frequenza di 6,78 MHz, mantenendo prestazioni elevate anche con carichi leggeri.
Questa stabilità è resa possibile anche grazie alla riduzione delle perdite nella bobina di trasmissione, ottenuta dalla modellazione precisa della capacità parassita. Il sistema è quindi più compatto, economico e versatile, con potenziali applicazioni che vanno oltre la semplice ricarica di dispositivi: dalla mobilità elettrica alla robotica.
“Siamo fiduciosi che i risultati di questa ricerca rappresentino un passo significativo verso una società completamente wireless. Inoltre, grazie al funzionamento LI, il sistema WPT può essere costruito in modo semplice, riducendo così i costi e le dimensioni. Il nostro obiettivo è quello di rendere il WPT un luogo comune entro i prossimi 5-10 anni”, afferma il Prof. Sekiya.
