Des chercheurs japonais ont développé un nouveau système de transfert d’énergie sans fil capable de maintenir efficacement une tension stable, même en cas de variation de charge. Conçu à l’aide de l’apprentissage automatique, il limite les fluctuations de la tension de sortie à moins de 5 % de la valeur nominale et atteint un rendement énergétique pouvant aller jusqu’à 86,7%, y compris sous des charges variables. Cette avancée représente une étape significative vers un déploiement à grande échelle des systèmes énergétiques sans fil.
L’idée du transfert d’énergie sans fil remonte aux années 1890, lorsque Nikola Tesla a mené des expériences pionnières dans ce domaine, notamment avec sa bobine éponyme. Le principe consiste à transférer l’énergie électrique depuis une source d’alimentation vers une charge sans fil, uniquement au moyen de champs électromagnétiques.
Aujourd’hui, ces systèmes alimentent une multitude d’appareils du quotidien, allant des smartphones aux brosses à dents électriques, en passant par les plaques de cuisson à induction ou encore certains capteurs biomédicaux. Leur fonctionnement repose généralement sur une bobine émettrice connectée à une source d’alimentation et convertissant l’énergie en champ électromagnétique. Ce champ est capté par une bobine réceptrice, qui stocke l’énergie pour alimenter l’appareil électrique.
Cependant, la technologie peine encore à exprimer tout son potentiel. L’un des principaux obstacles réside dans la difficulté à stabiliser la tension électrique de sortie, laquelle varie selon la charge et dégrade ainsi les performances du système. Or, des appareils comme les smartphones nécessitent une tension constante et stable pour se recharger en toute sécurité et à la vitesse attendue.
Des systèmes indépendants de la charge ont été proposés pour pallier cette limite. Mais leur mise au point suppose de déterminer avec une grande précision les valeurs des composants du circuit (inductances, condensateurs), généralement obtenues grâce à des équations analytiques complexes. Ces calculs, réalisés manuellement, s’avèrent particulièrement chronophages et reposent souvent sur des hypothèses non vérifiées, qui ne reflètent pas toujours les besoins réels.
Afin de dépasser ces contraintes, une équipe codirigée par l’Université de Chiba, au Japon, a eu recours à l’apprentissage automatique pour accélérer la recherche des paramètres optimaux d’un système de transfert d’énergie sans fil indépendant de la charge. « Nous avons mis au point une procédure de conception innovante permettant d’obtenir une tension de sortie constante, sans contrôle des variations de charge », explique dans un communiqué Hiroo Sekiya, professeur à l’École supérieure d’informatique de l’Université de Chiba.
« Nous pensons que l’indépendance de charge est une technologie clé pour la mise en œuvre sociale des systèmes de transfert d’énergie sans fil. De plus, il s’agit du premier succès d’une conception entièrement numérique fondée sur l’apprentissage automatique dans le domaine de l’électronique de puissance », poursuit-il. Les résultats de l’équipe sont détaillés dans la revue IEEE Xplore.
Le transfert d’énergie sans fil à grande échelle d’ici cinq à dix ans ?
Le système mis au point est modélisé à l’aide d’équations différentielles décrivant l’évolution temporelle des tensions électriques, tout en tenant compte des caractéristiques réelles des composants. Ces équations ont été optimisées numériquement, étape par étape, grâce à l’apprentissage automatique, jusqu’à ce que le système atteigne un régime stable et performant.
Un système d’évaluation mesure alors les performances selon plusieurs critères essentiels, tels que la stabilité de la tension de sortie et le rendement énergétique. Plus précisément, l’IA analyse la part d’énergie dissipée sous forme de chaleur et la pureté du signal électrique. L’algorithme ajuste ensuite les paramètres afin d’améliorer progressivement les résultats. Le processus est répété jusqu’à obtenir une efficacité optimale, indépendamment de la charge.
Le système optimisé a réduit les fluctuations de tension à 5 % et porté le rendement de l’énergie transférée à 86,7 %. À titre de comparaison, les systèmes classiques dépendant de la charge ne parviennent qu’à limiter ces fluctuations à 18 % et affichent un rendement de 65 %.
Selon les chercheurs, ces résultats démontrent le potentiel de l’intelligence artificielle dans la conception de systèmes électroniques. L’approche pourrait ouvrir la voie à des dispositifs de transfert d’énergie sans fil plus simples, moins coûteux et plus compacts. « Nous sommes convaincus que nos résultats constituent une étape importante vers une société entièrement sans fil. Notre objectif est de généraliser le transfert d’énergie sans fil d’ici cinq à dix ans », conclut Sekiya.