Cibiyar Sadarwar Caji Mara Waya: Tushe, Ma'auni, da Aikace-aikace

1. Gabatarwa

Fasahar caji mara waya tana ba da damar canja wurin makamashin lantarki daga tushen wutar lantarki (caji) zuwa kayan aikin lantarki (misali, na'urar hannu) ta hanyar iska ba tare da haɗaɗɗun jiki ba. Wannan fasahar tana ba da fa'idodi masu mahimmanci ciki har da ingantaccen sauƙin amfani da mai amfani, ingantaccen dorewar na'urar (misali, hana ruwa), sassauci ga na'urori masu wuyar isa (misali, abubuwan da aka saka a cikin jiki), da kuma isar da wutar lantarki bisa buƙata don hana caji fiye da kima. Kasuwar caji mara waya ana sa ran za ta girma sosai, tare da kimanta zuwa dala biliyan 4.5 nan da shekara ta 2016 kuma mai yuwuwa ta ninka sau uku nan da shekara ta 2020. Wannan labarin yana ba da cikakken bayyani game da tushe, yana bitar manyan ma'auni (Qi da A4WP), kuma yana gabatar da sabon ra'ayi na Cibiyar Sadarwar Caji Mara Waya (WCN).

2. Bayyani Game da Fasahar Caji Mara Waya

Ra'ayin canja wurin wutar lantarki mara waya ya samo asali ne daga gwaje-gwajen Nikola Tesla a ƙarshen karni na 19 da farkon karni na 20. Ci gaban zamani ya sami ƙarfi tare da ƙirƙirar magnetrons da rectennas, wanda ke ba da damar canja wurin wutar lantarki ta hanyar microwave. Ci gaban kwanan nan ya samo gudummawa daga ƙungiyoyin masana'antu waɗanda suka kafa ma'auni na duniya.

3. Ma'auni na Caji Mara Waya

Daidaituwa yana da mahimmanci don haɗin kai da yaduwar amfani. Manyan ma'auni guda biyu sune Qi da A4WP.

4. Cibiyar Sadarwar Caji Mara Waya

Babban gudummawar takardar shine gabatar da ra'ayin Cibiyar Sadarwar Caji Mara Waya (WCN), wanda ya wuce caji daga baya zuwa tsarin haɗin kai.

5. Cikakkun Bayanai na Fasaha da Tsarin Lissafi

Ingancin canja wurin wutar lantarki mai shigarwa yana ƙarƙashin ƙa'idar haɗin kai ($k$) da ƙimar inganci ($Q_T$, $Q_R$) na coils na mai watsawa da mai karɓa. Ingantaccen canja wurin wutar lantarki ($\eta$) ana iya kusantarsa don tsarin da aka haɗa da ƙarfi kamar haka: $$\eta \approx \frac{k^2 Q_T Q_R}{(1 + \sqrt{1 + k^2 Q_T Q_R})^2}$$ Don matsalar sanya mai amfani da caji, an gabatar da tsarin rage farashi. Bari $C_{ij}$ ya zama jimillar farashi idan an sanya mai amfani $i$ zuwa caji $j$. Wannan farashin ya ƙunshi: $$C_{ij} = \alpha \cdot E_{ij} + \beta \cdot T_{ij}$$ inda $E_{ij}$ shine farashin makamashi don canja wurin, $T_{ij}$ shine farashin bincike/ganowa na mai amfani (aiki na nisa da samuwar bayanan hanyar sadarwa), kuma $\alpha$, $\beta$ sune abubuwan auna nauyi. Manufar WCN ita ce warware matrix ɗin sanya $X_{ij}$ (inda $X_{ij}=1$ idan an sanya mai amfani $i$ zuwa $j$) don rage $\sum_{i,j} C_{ij} X_{ij}$ bisa ga ƙuntatawa kamar caji ɗaya kowane mai amfani da iyakar ƙarfin caji.

6. Sakamakon Gwaji da Aiki

Takardar ta gabatar da kimantawa na kwaikwayo na algorithm ɗin sanya mai amfani da caji a cikin WCN. Tsarin gwajin yana ƙirƙira bene na ginin ofis tare da caji mara waya da yawa da aka tura a wurare da aka ƙayyade (misali, a cikin teburi, wuraren shakatawa). Masu amfani na hannu suna zuwa bazuwar tare da wani matakin raguwar baturi.

Ma'auni Mafi Muhimmanci na Aiki:

• Jimillar Farashin Tsarin: Jimillar farashin canja wurin makamashi da farashin binciken mai amfani.
• Gamsuwar Mai Amfani: Ana auna shi azaman kashi na masu amfani waɗanda suka sami nasarar nemo caji kafin na'urarsu ta kashe.
• Amfani da Caji: Daidaiton kaya a duk caji a cikin hanyar sadarwa.

7. Tsarin Bincike: Lamarin Sanya Mai Amfani da Caji

Yanayi: Gidan kofi yana da wuraren caji mara waya 4 (Ch1-Ch4). A wani lokaci, masu amfani 3 (U1-U3) sun shiga neman caji. U1 yana bakin kofa, U2 yana kusa da taga, U3 yana teburin. Ch1 & Ch2 suna cikin 'yanci, Ch3 yana aiki, Ch4 yana da lahani.

Ba a Haɗa da Hanyar Sadarwa (Tushe): Kowane mai amfani yana duba ta gani. U1 na iya tafiya zuwa Ch4 da farko (mai lahani), yana haifar da farashi. U2 da U3 na iya tafiya zuwa Ch1 gaba ɗaya, suna haifar da jayayya. Jimillar farashin bincike yana da yawa.

Maganin Tushen WCN:

1. Haɗa Bayanai: WCN ya san jihohi: {Ch1: 'yanci, loc=A}, {Ch2: 'yanci, loc=B}, {Ch3: aiki}, {Ch4: lahani}.
2. Lissafin Farashi: Ga kowane mai amfani, hanyar sadarwa tana lissafin $C_{ij}$ bisa nisa (wakilin $T_{ij}$) da lafiyar caji.
3. Mafi Kyawun Sanya: Mai sarrafawa yana warware matsalar sanyawa. Mai yuwuwa mafi kyawun sanyawa: U1->Ch2 (mafi kusa da inganci), U2->Ch1, U3->(jira Ch3 ko Ch1). Wannan yana rage jimillar nisan tafiya/bincike.
4. Jagorar Mai Amfani: Ana tura sanyawar zuwa na'urorin masu amfani ta hanyar app ("Ci gaba zuwa Tebur B don caji").

8. Aikace-aikace na Gaba da Hanyoyin Bincike

• Abubuwan Intanet (IoT) da Hanyoyin Sadarwar Na'ura Mai Ƙwaƙwalwa: Caji mara waya mai cin gashin kansa na masu firikwensin IoT da aka rarraba (misali, a cikin noma mai hikima, sa ido na masana'antu) ta amfani da jirage marasa matuka na caji ko kafaffen WCNs.
• Motocin Lantarki (EVs): Hanyoyin caji mara waya masu ƙarfi don EVs da kafaffen caji a wuraren ajiye motoci don lissafin kuɗi ta atomatik da sarrafa kayan aikin wutar lantarki.
• Birane Masu Hikima da Kayayyakin Jama'a: Haɗa wuraren caji mara waya cikin kayan aikin titi (benches, tashoshin bas), wanda aka ba da damar ta hanyar WCN na birni don amfanin jama'a da nazarin bayanai.
• Kalubalen Bincike:
  • Haɗin Kai Tsakanin Ma'auni: Haɓaka ƙa'idodi don caji waɗanda ke goyan bayan ma'auni da yawa (Qi, AirFuel) don yin sadarwa a cikin hanyar sadarwa guda ɗaya.
  • Tsaro da Sirri: Kare sadarwa a cikin WCN daga sauraron asiri, yaudara, da tabbatar da sirrin bayanan mai amfani.
  • Haɗawa tare da 5G/6G da Lissafin Gefe: Amfani da ƙarancin jinkiri da hankali na gefe don sarrafa hanyar sadarwar caji na ainihi, mai fahimtar yanayi.
  • Haɗakar da Tattara Makamashi: Haɗa WCNs tare da tattara makamashin muhalli (hasken rana, RF) don ƙirƙirar wuraren caji masu dogaro da kai.

9. Nassoshi

1. Lu, X., Niyato, D., Wang, P., Kim, D. I., & Han, Z. (2014). Wireless Charger Networking for Mobile Devices: Fundamentals, Standards, and Applications. arXiv preprint arXiv:1410.8635.
2. Ƙungiyar Haɗin Kai ta Wutar Lantarki Mara Waya. (2023). Tsarin Canja Wurin Wutar Lantarki Mara Waya na Qi. An samo daga https://www.wirelesspowerconsortium.com
3. Ƙungiyar Haɗin Kai ta AirFuel. (2023). Wutar Lantarki Mara Waya ta Resonance da RF. An samo daga https://www.airfuel.org
4. Brown, W. C. (1984). Tarihin watsa wutar lantarki ta hanyar raƙuman rediyo. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 32(9), 1230-1242.
5. Sample, A. P., Meyer, D. A., & Smith, J. R. (2010). Bincike, sakamakon gwaji, da daidaita kewayon na'urori masu haɗin maganadisu don canja wurin wutar lantarki mara waya. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(2), 544-554.
6. Zhu, J., Banerjee, S., & Chowdhury, K. (2019). Caji Mara Waya da Sadarwa don Motocin Lantarki: Bita. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 21(2), 1395-1412.

10. Bincike na Asali & Fahimtar Kwararru

Fahimta ta Asali: Takardar Lu et al. na 2014 ta kasance mai hangen nesa, ta gano daidai cewa ainihin ƙimar caji mara waya ba ta cikin aikin keɓewar canja wurin wutar lantarki ba, amma a cikin hankalin hanyar sadarwa da za a iya gina shi a kusa da shi. Yayin da masana'antu suka (kuma galibi har yanzu) suka mai da hankali kan inganta ingancin haɗin kai da ƴan kaso kaɗan, wannan aikin ya juya zuwa hangen tsarin, yana ɗaukar caji a matsayin nodes na bayanai. Wannan ya yi daidai da babban yanayin a cikin IoT da tsarin cyber-physical, inda ƙimar ke canzawa daga kayan aikin hardware zuwa bayanai da matakin sarrafawa, kamar yadda aka gani a cikin tsarin kamar Software-Defined Networking (SDN).

Kwararar Hankali & Ƙarfafawa: Tsarin takardar yana da inganci: kafa tushe (fasahohi, ma'auni), gano gibi (rashin sadarwar tsakanin caji), da gabatar da sabon magani (WCN) tare da aikace-aikace na kankare. Babban ƙarfinsa shine tsara matsala mai amfani, mai tattalin arziki—farashin binciken mai amfani—da nuna fa'ida mai ƙima (rage farashi 25-40%). Wannan yana motsa tattaunawar daga yiwuwar fasaha zuwa yiwuwar kasuwanci. Zaɓin matsalar sanyawa yana da kyau sosai; yana da alaƙa, aikace-aikace na zahiri wanda nan da nan ya ba da hujjar buƙatar hanyar sadarwa.

Kurakurai & Gibin Mai Muhimmanci: Takardar, a matsayin farkon hangen nesa, dole ne ta yi watsi da manyan matsalolin aiwatarwa. Na farko, tsarin kasuwanci da daidaita abin ƙarfafawa ba su nan. Wa ya gina, mallaka, da sarrafa WCN? Gidan kofi, babban kantin sayar da kayayyaki, mai aikin wayar tarho? Yadda ake raba farashi da kudaden shiga tsakanin masana'antar caji, masu mallakar wuri, da masu ba da sabis? Na biyu, ana ɗaukar tsaro a matsayin abin da za a yi tunani bayan haka. Hanyar sadarwar wuraren fitar da wutar lantarki abu ne mai ƙima sosai. Yaudarar matsayin caji na iya haifar da hana sabis ko, mafi muni, yaudarar siginonin sarrafawa na iya haifar da kuskuren lantarki. Tsarin takardar yana ɗauka cewa yanayi ne mai kyau, wanda ba gaskiya ba ne. Na uku, ma'aunin "farashin bincike", duk da yake da wayo, yana da ra'ayi sosai kuma ya dogara da yanayi. Ƙirƙira shi azaman aiki mai sauƙi na nisa yana yin watsi da abubuwan da mai amfani ya fi so (sirri, amo), waɗanda zasu iya zama masu mahimmanci kamar kusanci.

Fahimta Mai Aiki & Hanyar Gaba: Ga ƴan wasan masana'antu, fahimtar da za a iya aiwatarwa ita ce fara kallon kayan aikin caji mara waya a matsayin dandalin isar da sabis, ba kawai amfani ba. Yaƙin gaba ba zai kasance wanda cajinsa ya fi inganci da kashi 2% ba, amma wanda hanyar sadarwarsa ke ba da ƙwarewar mai amfani mara kyau, mai hikima da kuma nazarin wuri mai mahimmanci. Al'ummar bincike dole ne yanzu su magance gibin takardar: 1) Haɓaka ƙa'idodin tabbatarwa da sadarwa masu sauƙi, masu tsaro don WCNs, watakila amfani da blockchain don amincewar rarrabuwar kawuna kamar yadda aka bincika a wasu binciken tsaro na IoT. 2) Ƙirƙiri APIs da samfuran bayanai da aka daidaita don matsayin caji da sarrafawa, kamar yadda Wi-Fi ke da ma'auni na 802.11. Aikin ƙungiyoyin haɗin gwiwa kamar Open Charge Alliance don wuraren caji na EV yana ba da kwatankwacin da ya dace. 3) Haɗa WCNs tare da manyan tsarin sarrafa makamashi. Caji na gaba yakamata su kasance kadarorin da ke amsa wutar lantarki, suna shiga cikin shirye-shiryen amsa buƙata. Bincike ya kamata ya bincika yadda WCN zai iya tara tarin caji da aka rarraba don samar da ayyukan wutar lantarki, ra'ayi da ke samun karbuwa a fagen EV. A ƙarshe, wannan takardar ta shuka iri mai mahimmanci. Kalubalen shekaru goma masu zuwa shine gina tsarin aminci, mai iya faɗaɗawa, da dorewar tattalin arziki a kusa da wannan iri don sanya Cibiyar Sadarwar Caji Mara Waya ta zama gaskiya ta ko'ina.