நிலையான, திறன்மிக்க கம்பியில்லா மின்சக்திப் பரிமாற்றத்தை சாத்தியமாக்கும் ஜப்பானின் இயந்திரக் கற்றல் முன்னேற்றம்

கம்பியில்லா மின்சக்தியில் புரட்சி: ஜப்பானின் இயந்திரக் கற்றல் முன்னேற்றம்

உண்மையிலேயே கம்பிகளற்ற எதிர்காலத்தை நோக்கிய முக்கிய முன்னேற்றமாக, கம்பியில்லா மின்சக்திப் பரிமாற்ற (WPT) அமைப்புகளின் நிலைத்தன்மையையும் திறனையும் கணிசமாக மேம்படுத்தும் இயந்திரக் கற்றல் முறையை ஜப்பானிய விஞ்ஞானிகள் அறிமுகப்படுத்தியுள்ளனர். சிபா பல்கலைக்கழக ஆய்வுக் குழு உருவாக்கிய இந்தப் புதுமை, 2025 ஜூனில் மதிப்புமிக்க IEEE Transactions on Circuits and Systems இதழில் வெளியிடப்பட்டது. ஸ்மார்ட்போன்கள் முதல் மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் தொழில்துறை உபகரணங்கள் வரை அனைத்திலும் கம்பியில்லா சார்ஜிங் பரவலாகப் பயன்படுவதற்கு இது வழிவகுக்கக்கூடும்.

சாதனங்களை நேரடிக் கம்பிகள் இன்றி சார்ஜ் செய்யும் தொழில்நுட்பமான கம்பியில்லா மின்சக்திப் பரிமாற்றம், பொறியாளர்களுக்கும் நுகர்வோருக்கும் நீண்டகாலக் கனவாக இருந்து வருகிறது. ஸ்மார்ட்போன்கள், மின்சாரப் பல் துலக்கிகள், தூண்டல் அடுப்புகள் போன்ற பொருட்களில் WPT ஏற்கெனவே பயன்படுத்தப்பட்டாலும், வெவ்வேறு மின்தேவைகள் கொண்ட சாதனங்களை இணைக்கும்போது மின்சாரம் வழங்குவதில் ஏற்படும் நிலையின்மை உள்ளிட்ட தொழில்நுட்பச் சவால்கள் இதன் பரந்த பயன்பாட்டுக்குத் தடையாக இருந்துள்ளன. சார்ஜ் செய்யப்படும் சாதனம் எதுவாக இருந்தாலும் சீரான, திறன்மிக்க மின்சாரத்தை வழங்கும் அமைப்புகளை உருவாக்க செயற்கை நுண்ணறிவைப் பயன்படுத்தி, ஜப்பானிய ஆய்வாளர்கள் இந்தப் பிரச்சினையை நேரடியாகக் கையாள்ந்துள்ளனர்.

நிலையான கம்பியில்லா மின்சக்திப் பரிமாற்றம் ஏன் சவாலானது?

அடிப்படையில், மின்காந்தப் புலங்கள் வழியாக ஆற்றலை அனுப்புவதன் மூலம் கம்பியில்லா மின்சக்திப் பரிமாற்றம் செயல்படுகிறது. ஒரு அனுப்பி சுருள் குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணை உருவாக்குகிறது. அதே அதிர்வெண்ணுக்கு இசைவாக்கப்பட்ட பெறும் சுருள் அந்த ஆற்றலைப் பெற்று, மீண்டும் மின்சாரமாக மாற்றுகிறது. ஒத்திசைவு எனப்படும் இந்தச் செயல்முறை, பெறும் சாதனத்தின் அல்லது "சுமையின்" பண்புகளைப் பொறுத்து மிகவும் உணர்திறன் கொண்டது.

எடுத்துக்காட்டாக, ஸ்மார்ட்போனை சார்ஜ் செய்யும்போது, அதன் மின்கலத்தின் மின்தடை சார்ஜ் அளவு அதிகரிக்க அதிகரிக்க மாறுகிறது. இதனால் வழக்கமான WPT அமைப்புகளில் மின்னழுத்தம் ஏற்ற இறக்கமடையலாம்; சார்ஜிங் வேகம் குறையலாம், திறன் வீழ்ச்சியடையலாம் அல்லது உணர்திறன் மிக்க மின்னணுக் கூறுகள் சேதமடையலாம். மின்சார வாகனங்களில் உள்ளவை போன்ற பெரிய மின்கலங்களில் இந்தப் பிரச்சினை மேலும் தீவிரமாகிறது; சார்ஜ் செய்யும்போது அவற்றின் சுமை பெருமளவில் மாறக்கூடும்.

தூண்டிகள், மின்தேக்கிகள் போன்ற சுற்றுக் கூறுகளுக்கான துல்லியமான மதிப்புகளைக் கணக்கிடுவதற்கு வழக்கமான தீர்வுகள் சிக்கலான பகுப்பாய்வுச் சமன்பாடுகளைச் சார்ந்துள்ளன. ஆனால், இந்தச் சமன்பாடுகள் பெரும்பாலும் இலட்சிய நிலைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டவை. உற்பத்தி அளவுத்திருத்த வேறுபாடுகள், ஒட்டுண்ணி மின்தேக்கம், சுற்றுச்சூழல் மாறுபாடுகள் போன்ற நிஜ உலகக் காரணிகளை அவை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்வதில்லை. இதன் விளைவாக, சுமை மாறும்போது வழக்கமான WPT அமைப்புகளில் வெளியீட்டு மின்னழுத்தம் 18% வரை ஏற்ற இறக்கமடையலாம்; திறன் 65% வரை குறையலாம்.

கம்பியில்லா மின்சக்தி வடிவமைப்பை இயந்திரக் கற்றல் எவ்வாறு மாற்றுகிறது?

பேராசிரியர் ஹிரோ சேகியா தலைமையிலான சிபா பல்கலைக்கழகக் குழு, இயந்திரக் கற்றல் மற்றும் எண்முறை உகப்பாக்கத்தைப் பயன்படுத்தி இந்தச் சவால்களுக்குத் தீர்வு கண்டது. டையோடின் ஒட்டுண்ணி மின்தேக்கம் போன்ற இலட்சியமற்ற பண்புகள் உட்பட, நிஜ உலகக் கூறுகளின் செயல்பாட்டைத் துல்லியமாகப் பிரதிபலிக்கும் வகையில், வேறுபாட்டுச் சமன்பாடுகளைப் பயன்படுத்தி முழு WPT சுற்றையும் அவர்களின் அணுகுமுறை மாதிரியாக்குகிறது. அமைப்பு நிலையான செயல்பாட்டு நிலையை அடையும் வரை இந்தச் சமன்பாடுகள் படிப்படியாக எண்முறையில் தீர்க்கப்படுகின்றன.

அமைப்பை உகப்பாக்க, இயற்கைத் தேர்வால் ஈர்க்கப்பட்ட செயற்கை நுண்ணறிவு முறையான மரபணு வழிமுறையை ஆய்வாளர்கள் பயன்படுத்தினர். வெளியீட்டு மின்னழுத்தத்தின் நிலைத்தன்மை, மின்சக்தி வழங்கல் திறன், குறைந்த சீரிசை விலகல் (இது பிற மின்னணுச் சாதனங்களின் செயல்பாட்டில் குறுக்கிடலாம்) ஆகிய முக்கிய இலக்குகளின் அடிப்படையில் வெவ்வேறு சுற்று அமைப்புகளின் செயல்திறனை இந்த வழிமுறை மதிப்பிடுகிறது. பின்னர், சுற்று அளவுருக்களை மீண்டும் மீண்டும் மாற்றி, பல்வேறு சுமை நிலைகளிலும் மிகச் சிறந்த செயல்திறனை எட்டும் வரை வடிவமைப்பை "பரிணமிக்கச்" செய்கிறது.

இந்த முழுமையான எண்முறை, இயந்திரக் கற்றல் அடிப்படையிலான முறை, பொறியாளர்கள் "சுமையைச் சாராத" செயல்பாடு என்று அழைப்பதைச் சாத்தியமாக்குகிறது. அதாவது, சுமை மாறினாலும் அமைப்பு நிலையான வெளியீட்டு மின்னழுத்தத்தையும் உயர் திறனையும் தக்கவைக்கிறது. அதிக திறனுக்கும் கம்பியில்லா மின்சக்திப் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்ற தன்மைக்கும் பெயர்பெற்ற, வகுப்பு-EF இன்வெர்ட்டரையும் வகுப்பு-D திருத்தியையும் இணைக்கும் வகுப்பு-EF WPT அமைப்பில் இந்தத் தொழில்நுட்பத்தை ஆய்வாளர்கள் நிரூபித்தனர்.

முக்கிய முடிவுகள்: நிலைத்தன்மையிலும் திறனிலும் கணிசமான மேம்பாடு

முடிவுகள் குறிப்பிடத்தக்கவையாக இருந்தன. புதிய அமைப்பு வெளியீட்டு மின்னழுத்த ஏற்ற இறக்கத்தை 5%-க்கும் குறைவாகக் குறைத்தது. வழக்கமான வடிவமைப்புகளில் காணப்படும் 18% ஏற்ற இறக்கத்துடன் ஒப்பிடுகையில் இது கணிசமான முன்னேற்றமாகும். 6.78 MHz அதிர்வெண்ணில் மின்சக்திப் பரிமாற்றத் திறன் 86.7%-ஐ எட்டியதுடன், 23 வாட்டுக்கும் அதிகமான வெளியீட்டு மின்சக்தியையும் வழங்கியது. இதற்கு மாறாக, மாறுபடும் சுமைகளில் வழக்கமான அமைப்புகள் 65%-க்கும் அதிகமான திறனைத் தக்கவைக்கவே பெரும்பாலும் சிரமப்படுகின்றன.

முக்கியமாக, குறைந்த சுமை நிலைகளிலும் இயந்திரக் கற்றல் அணுகுமுறை செயல்திறனை மேம்படுத்தியது; இத்தகைய நிலைகளில்தான் வழக்கமான அமைப்புகள் நிலையிழப்புக்கு அதிகம் ஆளாகின்றன. நிஜ உலகக் கூறுகளின் பண்புகளால் ஏற்படும் விளைவுகளைத் துல்லியமாக மாதிரியாக்கியதன் மூலம், வெவ்வேறு சுமைகளிலும் பரிமாற்றச் சுருளில் ஆற்றல் சிதறுவதை அமைப்பு ஏறத்தாழ ஒரே அளவில் வைத்தது. இது மின்னோட்டம் திறம்பட ஒழுங்குபடுத்தப்படுவதையும் ஆற்றல் வீணாவது குறைவாக இருப்பதையும் காட்டுகிறது.

முதன்மை ஆய்வாளர் பேராசிரியர் ஹிரோ சேகியா விளக்கினார்: "எங்களின் இயந்திரக் கற்றல் அணுகுமுறை அமைப்பை மெய்நிகராக மாதிரியாக்கி, உருவகப்படுத்தல்களைச் செயல்படுத்துகிறது. வெப்பமாக இழக்கப்படும் ஆற்றலைக் குறைத்து, சமிக்ஞையின் தரத்தைப் பாதுகாப்பதன் மூலம் செயல்திறனை உகப்பாக்க செயற்கை நுண்ணறிவைப் பயன்படுத்துகிறது."

இந்த முன்னேற்றம் எதனால் வேறுபடுகிறது?

கம்பியில்லா சார்ஜிங் புதியதல்ல. ஆனால், சுமையைச் சார்ந்த நிலையின்மை எனும் நீடித்த சவாலைத் தாண்டியதே ஜப்பானியக் குழுவின் சாதனையாகும். ஒவ்வொரு புதிய சாதனம் அல்லது பயன்பாட்டுக்கும் சுற்றுக் கூறுகளைச் சிரமப்பட்டுக் கைமுறையாகச் சரிசெய்ய வேண்டிய அவசியம் இந்த முறையில் இல்லை. அதற்குப் பதிலாக, செயற்கை நுண்ணறிவு வழிநடத்தும் வடிவமைப்புச் செயல்முறை வெவ்வேறு சுமைகள், சூழல்கள், பயன்பாடுகளுக்கு தானாகவே தகவமைத்துக் கொள்ளும். இதனால் நிஜ உலகில் பயன்படுத்துவது மிகவும் நடைமுறைக்கு ஏற்றதாகிறது.

மின்சார வாகனங்கள், தொழில்துறை ரோபோக்கள், மருத்துவ உட்பொருத்திகள் போன்ற வளர்ந்து வரும் பயன்பாடுகளுக்கு இந்த நெகிழ்வுத்தன்மை குறிப்பாகப் பயனுள்ளதாக இருக்கும். இவற்றின் மின்தேவைகள் வேகமாகவும் கணிக்க முடியாத வகையிலும் மாறக்கூடும். எல்லா நிலைகளிலும் நிலையான, திறன்மிக்க மின்சார விநியோகத்தை உறுதிசெய்வதன் மூலம், இதுவரை சிக்கலான கம்பிகளையும் இணைப்பிகளையும் சார்ந்திருந்த துறைகளில் கம்பியில்லா மின்சக்திப் பயன்பாட்டை இந்தத் தொழில்நுட்பம் விரைவுபடுத்தக்கூடும்.

ஆய்வகத்திலிருந்து அன்றாட வாழ்க்கைக்கு: கம்பியில்லா சமூகத்தை நோக்கிய பாதை

இந்த ஆய்வின் தாக்கம் நுகர்வோர் மின்னணுச் சாதனங்களைத் தாண்டியும் விரிகிறது. வீடுகள், அலுவலகங்கள், தொழிற்சாலைகள், பொது இடங்கள் என அனைத்திலும் சாதனங்களைத் தடையின்றி சார்ஜ் செய்யும் வகையில், Wi-Fi போல எங்கும் நிறைந்திருக்கும் கம்பியில்லா மின்சக்தி எதிர்காலத்தை சிபா பல்கலைக்கழகக் குழு கற்பனை செய்கிறது. எளிமைப்படுத்தப்பட்ட, சுமையைச் சாராத வடிவமைப்பு WPT அமைப்புகளின் செலவையும் அளவையும் குறைத்து, பெருமளவு உற்பத்திக்கும் அன்றாடப் பொருட்களில் ஒருங்கிணைப்பதற்கும் அவற்றை எளிதில் அணுகக்கூடியதாக மாற்றக்கூடும்.

எனினும், எந்தப் புதிய தொழில்நுட்பத்தையும் போல, பரவலான வணிகப் பயன்பாட்டுக்கு முன் கடக்க வேண்டிய தடைகள் உள்ளன. நம்பகத்தன்மையையும் வெவ்வேறு சாதனங்கள் மற்றும் உற்பத்தியாளர்களிடையே இணக்கத்தன்மையையும் உறுதிப்படுத்த, மேலும் பொறியியல் மேம்பாடு, கடுமையான பாதுகாப்புச் சோதனைகள், தொழில்துறை தரநிலைகளை உருவாக்குதல் ஆகியவை இன்றியமையாதவை. இருப்பினும், அடுத்த ஐந்து முதல் பத்து ஆண்டுகளுக்குள் கம்பியில்லா மின்சக்தி பொதுவானதாக மாற இந்த முன்னேற்றம் உதவக்கூடும் என நிபுணர்கள் நம்புகின்றனர்.

ColombiaOne.com செய்தியின்படி, "சார்ஜ் செய்யும்போது மின்சுமை பெருமளவில் மாறக்கூடிய மின்சார வாகனங்களில் உள்ளவை போன்ற பெரிய, சிக்கலான மின்கலங்களுக்கு இந்த மேம்பாடு குறிப்பாக முக்கியமாக இருக்கலாம். இந்த முறை சுற்று அமைப்பையும் எளிமையாக்கி, செலவையும் அளவையும் குறைக்கக்கூடும். ஐந்து முதல் பத்து ஆண்டுகளுக்குள் கம்பியில்லா மின்சக்தியைப் பொதுவானதாக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டு குழு செயல்படுகிறது."

செயற்கை நுண்ணறிவு: மின்சக்தி மின்னணு வடிவமைப்பின் எதிர்காலம்

ஜப்பானின் இந்த முன்னேற்றம் மின் பொறியியலில் காணப்படும் பரந்த போக்கின் ஒரு பகுதியாகும்: வன்பொருள் வடிவமைப்பில் செயற்கை நுண்ணறிவையும் இயந்திரக் கற்றலையும் ஒருங்கிணைப்பது. பாரம்பரியமாக, இன்வெர்ட்டர்கள், திருத்திகள், கம்பியில்லா மின்சக்தி அமைப்புகள் போன்ற மின்சக்தி மின்னணுச் சாதனங்களை வடிவமைப்பது அதிக உழைப்பைத் தேவைப்படும் செயல்முறையாக இருந்து வந்துள்ளது; இதற்கு ஆழ்ந்த நிபுணத்துவமும் பலமுறை முயன்று திருத்தும் பணியும் தேவை.

பெரிய மொழி மாதிரிகள், பரிணாம வழிமுறைகள் உள்ளிட்ட செயற்கை நுண்ணறிவின் அண்மைக்கால முன்னேற்றங்கள் இந்தச் செயல்முறையை எளிதாக்குகின்றன. சுற்று அளவுருக்களை உகப்பாக்குவதைத் தானியக்கமாக்கி, நிஜ உலகின் சிக்கல்களையும் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்வதன் மூலம், செயற்கை நுண்ணறிவு சார்ந்த வடிவமைப்புக் கருவிகள் மேம்பாட்டு நேரத்தைக் குறைக்கவும், மனிதத் தவறுகளைக் குறைக்கவும், செயல்திறன் மற்றும் திறனில் புதிய நிலைகளை எட்டவும் உதவுகின்றன.

ScienceDirect தளத்தில் வெளியிடப்பட்ட அண்மைய ஆய்வுக் கட்டுரையின்படி, "உயர் அதிர்வெண் கம்பியில்லா மின்சக்திப் பரிமாற்ற அமைப்பின் அளவுருக்களை செயற்கை நுண்ணறிவு சார்ந்த வடிவமைப்பு உகப்பாக்குகிறது. GPT அடிப்படையிலான செயற்கை நுண்ணறிவு மாதிரிகள், மின்சக்தி மின்னணுத் துறையில் வடிவமைப்பு நேரத்தையும் சிக்கலையும் கணிசமாகக் குறைக்கின்றன." கம்பியில்லா மின்சக்தி மட்டுமின்றி, போக்குவரத்து முதல் பொருட்களின் இணையம் (IoT) வரை மின்சக்தி மின்னணுத் துறை முழுவதிலும் செயற்கை நுண்ணறிவு புரட்சியை ஏற்படுத்தக்கூடிய சாத்தியத்தை இந்த ஆய்வு எடுத்துக்காட்டுகிறது.

கம்பியில்லா மின்சக்தியின் அடுத்த கட்டம் என்ன?

சிபா பல்கலைக்கழகக் குழுவின் முடிவுகள் தற்போது ஆய்வகச் சோதனைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டிருந்தாலும், அவற்றின் அடிப்படைக் கோட்பாடுகள் பரவலாகப் பொருந்தக்கூடியவை. செயற்கை நுண்ணறிவு சார்ந்த வடிவமைப்பு முறைகள் மேலும் முதிர்ச்சியடைந்து பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது, பல்வேறு பயன்பாடுகளுக்கான நடைமுறைக்கு ஏற்ற, நம்பகமான கம்பியில்லா மின்சக்தி அமைப்புகளை உருவாக்குவதில் விரைவான முன்னேற்றம் ஏற்படும் என எதிர்பார்க்கலாம்.

அடுத்த பத்தாண்டில் "முழுவதும் கம்பியில்லா" சூழல்கள் உருவாகலாம் எனத் தொழில்துறையைக் கவனிப்பவர்கள் கணிக்கின்றனர். அத்தகைய சூழலில், ஒரு அறைக்குள் நுழைந்தவுடன் சாதனங்கள் தானாகவே சார்ஜ் ஆகும்; நிறுத்தி வைக்கப்பட்டிருக்கும்போதோ, இயக்கத்திலிருக்கும்போதோகூட வாகனங்கள் மின்சக்தியைப் பெற்றுக்கொள்ளும்; மின்சாரக் கம்பிகளின் கட்டுப்பாடின்றித் தொழில்துறை உபகரணங்கள் இயங்கும். இத்தகைய மாற்றம் வசதியை மேம்படுத்துவதோடு மட்டுமல்லாமல், மின்னணுக் கழிவுகளைக் குறைக்கவும், பாதுகாப்பை மேம்படுத்தவும், புதிய வகையான இணைப்புக்கும் தானியக்கத்துக்கும் வழிவகுக்கவும் செய்யும்.

சுருக்கமாக

• சிபா பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த ஜப்பானிய ஆய்வாளர்கள், சுமை மாறினாலும் நிலையான, திறன்மிக்க கம்பியில்லா மின்சக்திப் பரிமாற்றத்தைச் சாத்தியமாக்கும் இயந்திரக் கற்றல் முறையை உருவாக்கியுள்ளனர்.
• இந்த முன்னேற்றம் வெளியீட்டு மின்னழுத்த ஏற்ற இறக்கத்தை 5%-க்கும் கீழ் குறைத்து, திறனை 86.7%-ஆக உயர்த்துகிறது. வழக்கமான அமைப்புகளில் இவை முறையே 18% ஏற்ற இறக்கமாகவும் 65% திறனாகவும் உள்ளன.
• செயற்கை நுண்ணறிவு வழிநடத்தும் வடிவமைப்புச் செயல்முறை, எண்முறை மாதிரியாக்கத்தையும் மரபணு வழிமுறைகளையும் பயன்படுத்தி சுற்று அளவுருக்களை உகப்பாக்கி, பாரம்பரிய பகுப்பாய்வு முறைகளின் வரம்புகளைத் தாண்டுகிறது.
• இந்தத் தொழில்நுட்பம் ஸ்மார்ட்போன்கள், மின்சார வாகனங்கள், தொழில்துறை உபகரணங்கள் உள்ளிட்டவற்றில் கம்பியில்லா மின்சக்திப் பயன்பாட்டை விரைவுபடுத்தி, 5 முதல் 10 ஆண்டுகளுக்குள் கம்பியில்லா சார்ஜிங் பொதுவானதாக மாற உதவக்கூடும்.
• மின்சக்தி மின்னணு வடிவமைப்பைத் தானியக்கமாக்கி உகப்பாக்குவதில் செயற்கை நுண்ணறிவின் வளர்ந்து வரும் பங்கை இந்த ஆய்வு எடுத்துக்காட்டுகிறது; இது எதிர்காலத்தில் விரைவான புதுமைக்கும் கூடுதல் நம்பகத்தன்மைக்கும் வாக்குறுதி அளிக்கிறது.