在科技飛速發展的當下，VR/AR 設備以其獨特的沉浸式體驗，逐漸走進人們的生活，成為科技領域的熱門焦點。然而，供電問題卻如同一塊絆腳石，限制了這些設備的進一步發展。當前，日本千葉大學的一項創新研究，為 VR/AR 設備的無線供電帶來了新的曙光，有望徹底解決其供電難題。
無線電能傳輸（WPT）利用電磁場來傳輸電能，對於 VR/AR 設備而言，這無疑是一項具有革命性意義的技術。傳統 VR/AR 設備依賴有線充電或內置大容量電池供電，這不僅增加了設備的重量，限制了用戶的活動自由，還帶來了續航焦慮等問題。而無線電能傳輸技術的出現，有望幫助解決當前設備的核心痛點，為用戶帶來更加便捷、舒適的使用體驗，同時開啟全新的交互可能性。
在無線電能傳輸領域，線路阻抗無關運行（LI-independent Operation）是一個至關重要的概念。它意味著無論接收端負載阻抗如何變化，系統都能始終維持穩定的能量傳輸效率或輸出功率。這一特性對於實現高效、可靠的無線供電來說，就像是大廈的基石，尤其是在動態負載場景下，如 VR/AR 設備在使用過程中，其負載會隨著不同的應用場景和操作而不斷變化，線路阻抗無關運行就顯得尤為關鍵。
然而，實現線路阻抗無關運行並非易事。它需要非常精確的電路元件值，並且通常要藉助複雜的解析方程進行計算。而這些相關方程往往是基於理想化的假設，無法真實反映現實世界的複雜性，這就給實際應用帶來了諸多限制。
為了克服這些限制，提高電能傳輸效率，日本千葉大學的研究團隊大膽創新，提出了一種基於機器學習的設計方法來設計 LI-WPT 系統。
研究人員首先使用微分方程來描述 WPT 電路，這些方程能夠捕捉系統內電壓和電流隨時間的變化情況，並且充分考慮到實際組件的特性。然後，通過數值方法一步一步地求解方程，直到系統達到穩態條件。
接下來，評估函數登場。它根據輸出電壓穩定性、供電效率和總諧波失真等關鍵目標來評估系統的性能，對系統的表現進行打分。而 genetic 算法則根據評估分數更新系統參數，不斷提高系統的表現，並重複這一過程，直到實現所需的線路阻抗無關運行。
團隊解釋道：「我們為 LI-WPT 系統建立了一種新穎的設計程序，它可以在不控制負載變化的情況下實現恆定的輸出電壓。我們認為線路阻抗無關是 WPT 系統普及實現的關鍵技術。另外，這是電力電子研究領域基於機器學習的完全數值設計的第一次成功。」
為了測試所提出方法的有效性，研究團隊將其應用於 ef 類 WPT 系統。傳統的 ef 類逆變器只能在其額定工作點保持ZVS（零電壓開關）。一旦負載發生變化，ZVS就會丟失，效率也會隨之下降。
而團隊設計的 LI 版本即便在負載變化時都能保持 ZVS 和輸出電壓穩定。在常規系統中，當負載發生變化時，輸出電壓的波動幅度可達 18%。相比之下，採用完全數值方法設計的系統將這一變化保持在 5% 以下，表現出更大的穩定性。
詳細的功率損耗分析顯示，由於系統能夠保持輸出電流穩定，傳輸線圈在不同負載條件下消耗的功率幾乎相同。在額定工作點，LI 類 ef WPT 系統在 6.78 MHz 時的功率輸出效率為 86.7%，輸出功率超過 23 W，這一數據充分證明了該系統的卓越性能。
對於 AR/VR 設備來說，WPT 的真正實現有望徹底解放用戶。想像一下，用戶無需再為頭顯的重量和續航問題而煩惱，頭顯可以直接由桌面、牆壁等位置的發射器供電，減輕了頭顯的重量，還解決了續航焦慮問題。
線路阻抗無關運行則是 WPT 走向實用化的核心能力，它解決了負載動態變化導致的能效崩潰問題。對 VR/AR 設備而言，這將意味著無感續航（設備功耗波動時供電不中斷），就像手機在正常使用過程中無需擔心電量突然耗盡；輕量化（省去冗餘電池和穩壓電路），讓設備更加便攜；以及多設備協同（頭顯和控制器等一「站」供電），實現更加便捷的設備管理和使用。
