Công nghệ AI mở đường cho truyền tải điện không dây: Bước tiến lớn hướng tới xã hội 'không dây'
Các nhà khoa học Nhật Bản đang tiến thêm một bước quan trọng trong hành trình hiện thực hóa thế giới không dây, khi ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để tạo ra hệ thống truyền tải điện không dây ổn định, hiệu quả cao và gần như không phụ thuộc vào thiết bị sử dụng.
Truyền tải điện không dây (Wireless Power Transfer - WPT) từ lâu đã hiện diện trong đời sống, từ sạc điện thoại thông minh, cảm biến y sinh cho đến bếp từ. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn tồn tại một hạn chế lớn như điện áp đầu ra dễ dao động khi tải thay đổi, khiến hiệu suất sạc giảm và tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho thiết bị.
Nguyên nhân nằm ở việc hầu hết các hệ thống WPT hiện nay phụ thuộc vào tải, tức hiệu quả truyền năng lượng bị chi phối mạnh bởi thiết bị đang được cấp điện. Với pin điện thoại, điện trở sẽ thay đổi khi mức sạc tăng lên, dẫn đến điện áp không ổn định, làm chậm quá trình sạc hoặc thậm chí ảnh hưởng đến tuổi thọ pin.
Nhóm nghiên cứu Nhật Bản đã đưa ra một cách tiếp cận hoàn toàn mới, đó là sử dụng công nghệ học máy (machine learning) để thiết kế hệ thống WPT không phụ thuộc tải (Load Independent - LI). Nhờ đó, hệ thống có thể duy trì điện áp ổn định và hiệu suất cao, bất kể đặc tính của thiết bị đang sạc thay đổi ra sao.
Trong kịch bản sạc pin điện thoại, điều này đồng nghĩa với việc năng lượng được truyền liên tục, an toàn, ngay cả khi pin gần đầy. Lợi ích này càng trở nên quan trọng với các ứng dụng quy mô lớn và phức tạp hơn, như pin xe điện, nơi tải có thể biến đổi mạnh trong suốt chu kỳ sạc.
Hệ thống truyền tải điện không dây hoạt động như thế nào?
Về bản chất, WPT dựa trên hiện tượng cộng hưởng điện từ, tương tự cách sóng vô tuyến hay TV thu tín hiệu. Bộ phát tạo ra sóng điện từ ở một tần số xác định bằng cách dao động năng lượng giữa cuộn cảm và tụ điện. Khi bộ thu được điều chỉnh cùng tần số, hai mạch sẽ cộng hưởng, giúp khuếch đại năng lượng truyền đi.
Trong hệ thống truyền tải điện không dây, quá trình cộng hưởng này cho phép bộ thu thu và lưu trữ năng lượng thay vì giải mã tín hiệu như trong thiết bị phát thanh - truyền hình.
Điểm đột phá của nghiên cứu nằm ở cách AI tham gia trực tiếp vào quá trình thiết kế. Các nhà khoa học xây dựng một mô hình ảo của hệ thống WPT, sau đó cho AI quan sát và đánh giá hoạt động của nó thông qua hàng loạt mô phỏng.
Trí tuệ nhân tạo liên tục phân tích các yếu tố như tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt, độ ổn định điện áp và độ “sạch” của tín hiệu điện. Thông qua phương pháp thử - sai, AI dần tối ưu cấu trúc mạch, giúp hệ thống đạt hiệu suất cao nhất với mức dao động và thất thoát năng lượng thấp nhất.
Kết quả cho thấy, dao động điện áp giảm xuống chỉ còn 5%, so với mức 18% ở các hệ thống phụ thuộc tải truyền thống. Đồng thời, hiệu suất truyền tải điện đạt 86,7%, vượt xa mức thấp nhất khoảng 65% của các thiết kế cũ.
Bước tiến hướng tới xã hội hoàn toàn không dây
Nghiên cứu được công bố vào tháng 6/2025 trên Tạp chí khoa học quốc tế uy tín hàng đầu trong lĩnh vực kỹ thuật điện - điện tử IEEE Transactions on Circuits and Systems. Giáo sư Hiroo Sekiya, tác giả chính và là giảng viên tại Đại học Chiba (Nhật Bản), cho rằng ý nghĩa của công trình vượt xa câu chuyện sạc không dây thông thường.
“Chúng tôi tin rằng đây là một bước tiến quan trọng hướng tới một xã hội hoàn toàn không dây”, ông Hiroo Sekiya nhấn mạnh. “Nhờ hoạt động không phụ thuộc tải, hệ thống WPT có thể được thiết kế đơn giản hơn, nhỏ gọn hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Mục tiêu của chúng tôi là đưa công nghệ này vào ứng dụng phổ biến trong vòng 5 - 10 năm tới”.
Không chỉ mở ra tương lai mới cho truyền tải điện không dây, nghiên cứu còn cho thấy AI đang thay đổi cách con người thiết kế mạch điện, từng bước hướng tới kỷ nguyên thiết kế điện tử công suất tự động, nơi AI đóng vai trò trung tâm trong đổi mới công nghệ./.