O sistema OWPT proposto garante transmissão contínua de energia em ambientes escuros e claros, pode atingir vários alvos em distâncias variadas e é robusto e de baixo custo. Crédito: Instituto de Ciência de Tóquio
O primeiro sistema de transmissão de energia óptica sem fio baseado em diodo emissor de luz (LED) de modo duplo, automático e adaptativo, que opera perfeitamente sob condições de iluminação escura e brilhante, foi desenvolvido por cientistas da Science Tokyo. O sistema, juntamente com o reconhecimento de imagem alimentado por inteligência artificial, pode alimentar com eficiência vários dispositivos em ordem, sem interrupção. Por ser baseado em LED, oferece uma solução segura e de baixo custo, ideal para a construção de infraestrutura interna sustentável de Internet das Coisas.
Com o rápido desenvolvimento da Internet das Coisas (IoT), a procura por soluções energéticas eficientes e flexíveis também está a aumentar. Os métodos tradicionais de fornecimento de energia, como baterias e conexões de cabos, apresentam muitas desvantagens. As baterias precisam de carregamento e substituição frequentes, enquanto os cabos restringem a mobilidade do dispositivo.
A transmissão óptica de energia sem fio (OWPT) é uma tecnologia emergente que pode resolver essas limitações. No OWPT, a energia é transmitida através do espaço livre, sem fios físicos, convertendo eletricidade em luz, transmitindo-a e depois reconvertendo a luz novamente em energia elétrica usando receptores fotovoltaicos (PV).
A maioria das pesquisas atuais do OWPT concentrou-se em sistemas baseados em laser. No entanto, para cenários de IoT internos, os sistemas OWPT devem cumprir regulamentos rígidos de exposição máxima permitida para evitar riscos aos olhos ou à pele, tornando os sistemas laser inadequados sem o desenvolvimento de tecnologias de segurança especiais.
Em contraste, os sistemas OWPT baseados em diodos emissores de luz (LED) são inerentemente mais seguros, fornecem transmissão de energia confiável e são mais fáceis de controlar, econômicos e de longa duração. No entanto, esses sistemas enfrentam perdas de energia em longas distâncias e desempenho inconsistente sob condições variáveis de iluminação ambiente.
Para superar essas limitações, o professor Tomoyuki Miyamoto e o pesquisador de doutorado Mingzhi Zhao, do Laboratório para Futuras Pesquisas Interdisciplinares de Ciência e Tecnologia do Instituto de Ciência de Tóquio (Science Tokyo), Japão, desenvolveram um sistema OWPT inovador baseado em LED. “Projetamos um sistema OWPT adaptativo de modo duplo que se adapta automaticamente a ambientes internos claros e escuros, ao mesmo tempo que permite o fornecimento de energia seguro e eficiente para vários dispositivos IoT”, explica Miyamoto. O estudo deles foi publicado na revista Optics Express em 24 de outubro de 2025.
Para superar a perda de potência durante a transmissão de longa distância, o sistema proposto utiliza um sistema de lentes adaptativas com configuração de lente de camada dupla, consistindo em uma lente líquida com distância focal ajustável e uma lente de imagem. Esta configuração ajusta automaticamente o tamanho do ponto do feixe, com base na distância e no tamanho do receptor, garantindo uma transmissão de energia ideal.
Para um direcionamento preciso do feixe de luz, o sistema utiliza um refletor ajustável que pode ser girado independentemente nas direções horizontal e vertical usando dois motores de passo conectados em série. Para garantir o alinhamento preciso em relação aos receptores fotovoltaicos (PV), os pesquisadores empregaram uma câmera de profundidade, com um sensor RGB e um sensor infravermelho (IR). O sensor RGB detecta a posição do receptor fotovoltaico, enquanto o sensor IR identifica o ponto de irradiação do feixe. Isto permite que o sistema de controle ajuste a orientação do refletor em direção ao receptor alvo.
Para garantir a operação contínua sob condições de iluminação e escuridão, os receptores fotovoltaicos são equipados com folhas retrorrefletivas (RF) em suas bordas. Essas folhas refletem a luz infravermelha emitida pelo projetor infravermelho da câmera de profundidade, criando um contorno claro para cada receptor fotovoltaico. Isso permite que o sistema detecte com precisão as formas e posições do receptor, isole a área fotovoltaica alvo e minimize a interferência dos objetos circundantes. Para aumentar ainda mais a precisão, os pesquisadores integraram uma rede neural convolucional baseada no algoritmo Single Shot MultiBox Detector (SSD).
Com essas inovações, o sistema auto-OWPT proposto pode atingir sequencialmente vários receptores fotovoltaicos de diferentes tamanhos e em distâncias variadas, alternando rapidamente entre eles e sem interrupção. Em experimentos, o sistema operou perfeitamente em ambientes iluminados e não iluminados e alcançou uma transmissão de energia eficiente e estável até uma distância de cinco metros.
“Nosso sistema auto-OWPT oferece uma solução de transmissão de energia sem fio estável e versátil”, observa Miyamoto. “Ele desempenhará um papel fundamental na construção de infraestrutura de IoT sustentável, especialmente em fábricas inteligentes, residências e ambientes internos onde o fornecimento de energia seguro, sem fio, dinâmico e escalável é essencial”.
Mais informações: Mingzhi Zhao et al, Transmissão de energia óptica sem fio automática e adaptativa para IoT com modo duplo de carregamento diurno e noturno, Optics Express (2025). DOI: 10.1364/oe.574553
Fornecido pelo Instituto de Ciência de Tóquio
Citação: O sistema LED alimentado por IA fornece energia sem fio estável para dispositivos IoT internos (2025, 14 de novembro) recuperado em 14 de novembro de 2025 em https://techxplore.com/news/2025-11-ai-powered-stable-wireless-power.html
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