東京科學研究所的科研團隊在光學無線輸電領域取得重要進展,成功開發出基于高功率LED的無線供電技術。這項突破性成果首次實現了將LED光能直接轉化為電能,為室內物聯網設備提供了一種無需電池或電纜的新型供電方案。與傳統依賴激光的傳輸方式相比,新技術通過優化光能轉換路徑,顯著提升了系統安全性與經濟性。
研究團隊介紹,該技術核心屬于光學無線輸電(OWPT)范疇,其工作原理包含兩個關鍵步驟:首先將電能轉化為特定波段的光能進行空間傳輸,隨后通過定制化光伏接收器將光能重新轉換為電能。相較于激光方案,LED光源的能量密度更低,在密集部署的物聯網環境中能更好滿足人眼安全標準,同時大幅降低設備制造成本。實驗數據顯示,系統使用的LED芯片輻射通量達1.53瓦,在5米傳輸距離下仍能保持穩定供電。
為解決LED無線輸電在復雜環境中的適應性難題,科研人員設計了雙模自適應系統。該系統通過可調焦液體透鏡與成像透鏡的組合,可根據接收器距離自動調整光斑尺寸,確保能量傳輸效率最大化。在光照條件劇烈變化的場景中,系統能無縫切換工作模式,維持穩定的電力輸出。深度相機的加入進一步提升了定位精度,其RGB傳感器負責識別接收器位置,紅外傳感器則實時追蹤光束落點。
針對黑暗環境下的識別難題,研究團隊在接收器邊緣貼附了特殊回歸反射膜。這種材料能將深度相機發出的紅外光原路反射,即使在完全無光條件下也能清晰勾勒出接收器輪廓。配合步進電機驅動的可調反射鏡,系統可實現毫米級的光束精準定位。實驗表明,該設計使設備在晝夜交替環境中均能保持高效運行,徹底突破了傳統無線供電技術的環境限制。
在智能算法優化方面,科研人員引入了基于SSD架構的卷積神經網絡。該模型通過海量數據訓練,可快速識別不同形態的接收設備,目標識別準確率較傳統方法提升40%。在模擬辦公環境的測試中,系統成功為20臺分散部署的物聯網終端提供持續供電,設備響應延遲控制在毫秒級。研究報告特別指出,這種供電方式特別適合智能傳感器網絡、可穿戴設備等低功耗場景。
目前,該技術已進入工程化驗證階段。研究團隊正在優化光伏接收器的光電轉換效率,同時開發模塊化供電基站。初步估算顯示,當傳輸距離控制在3米范圍內時,系統整體能效比可達35%,較現有無線充電技術提升近一倍。這項成果為構建室內可持續能源基礎設施提供了全新思路,有望推動物聯網設備向無源化方向加速發展。











