জাপানি গবেষকদের মেশিন লার্নিংয়ে সাফল্য, স্থিতিশীল ও দক্ষ ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালনের প্রতিশ্রুতি

ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালনে বিপ্লব: জাপানের মেশিন লার্নিংয়ে সাফল্য

সম্পূর্ণ ওয়্যারলেস ভবিষ্যতের দিকে বড় এক অগ্রগতিতে জাপানের বিজ্ঞানীরা মেশিন লার্নিংভিত্তিক এমন একটি পদ্ধতি উন্মোচন করেছেন, যা ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালন (WPT) ব্যবস্থার স্থিতিশীলতা ও দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়ায়। চিবা বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি গবেষক দল এই উদ্ভাবন করেছে। ২০২৫ সালের জুনে মর্যাদাপূর্ণ সাময়িকী IEEE Transactions on Circuits and Systems-এ প্রকাশিত গবেষণাটি স্মার্টফোন থেকে বৈদ্যুতিক যান ও শিল্প সরঞ্জাম—বিভিন্ন ক্ষেত্রে ওয়্যারলেস চার্জিংয়ের ব্যাপক ব্যবহারের পথ খুলে দিতে পারে।

ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালন এমন প্রযুক্তি, যার মাধ্যমে কোনো ডিভাইসকে তার ছাড়াই চার্জ করা যায়। প্রকৌশলী ও ভোক্তা—উভয়ের কাছেই এটি দীর্ঘদিনের স্বপ্ন। স্মার্টফোন, বৈদ্যুতিক টুথব্রাশ ও ইন্ডাকশন চুলার মতো পণ্যে WPT ইতিমধ্যেই ব্যবহৃত হলেও, এর বিস্তৃত প্রসারে প্রযুক্তিগত বাধা রয়েছে। এর মধ্যে উল্লেখযোগ্য হলো, বিভিন্ন বিদ্যুৎ চাহিদার ডিভাইস যুক্ত হলে বিদ্যুৎ সরবরাহের অস্থিতিশীলতা। জাপানি গবেষকদের এই সাফল্য কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা ব্যবহার করে সমস্যাটির সরাসরি সমাধান করেছে। ফলে যে ডিভাইসই চার্জ করা হোক, ব্যবস্থা থেকে ধারাবাহিক ও দক্ষভাবে বিদ্যুৎ সরবরাহ করা যায়।

স্থিতিশীল ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালন এত কঠিন কেন?

মূলত তড়িৎচুম্বকীয় ক্ষেত্রের মাধ্যমে শক্তি পাঠিয়ে ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালন কাজ করে। একটি ট্রান্সমিটার কয়েল নির্দিষ্ট কম্পাঙ্ক তৈরি করে, আর একই কম্পাঙ্কে সুর মেলানো একটি রিসিভার কয়েল সেই শক্তি গ্রহণ করে আবার বিদ্যুতে রূপান্তরিত করে। অনুরণন নামে পরিচিত এই প্রক্রিয়াটি শক্তি গ্রহণকারী ডিভাইসটির বৈশিষ্ট্য, অর্থাৎ “লোড”-এর ওপর অত্যন্ত সংবেদনশীল।

উদাহরণস্বরূপ, স্মার্টফোন চার্জ করার সময় ব্যাটারি পূর্ণ হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে এর রোধ পরিবর্তিত হয়। এতে প্রচলিত WPT ব্যবস্থায় ভোল্টেজের ওঠানামা হতে পারে, ফলে চার্জ হতে বেশি সময় লাগে, দক্ষতা কমে যায়, এমনকি সংবেদনশীল ইলেকট্রনিক যন্ত্রাংশ ক্ষতিগ্রস্তও হতে পারে। বৈদ্যুতিক গাড়ির মতো বড় ব্যাটারির ক্ষেত্রে সমস্যাটি আরও প্রকট হয়, কারণ চার্জ দেওয়ার সময় লোডে বড় ধরনের পরিবর্তন আসতে পারে।

প্রচলিত সমাধানগুলোতে ইন্ডাক্টর ও ক্যাপাসিটরের মতো সার্কিট উপাদানের সুনির্দিষ্ট মান নির্ণয়ে জটিল বিশ্লেষণধর্মী সমীকরণ ব্যবহার করা হয়। তবে এসব সমীকরণ প্রায়ই আদর্শ পরিস্থিতি ধরে তৈরি হয় এবং উৎপাদন-সহনশীলতার পার্থক্য, পরজীবী ধারকত্ব ও পরিবেশগত তারতম্যের মতো বাস্তব বিষয় বিবেচনায় নেয় না। ফলে লোড পরিবর্তিত হলে প্রচলিত WPT ব্যবস্থায় আউটপুট ভোল্টেজ ১৮ শতাংশ পর্যন্ত ওঠানামা করতে পারে এবং দক্ষতা নেমে ৬৫ শতাংশেও পৌঁছাতে পারে।

মেশিন লার্নিং যেভাবে ওয়্যারলেস বিদ্যুতের নকশা বদলে দিচ্ছে

চিবা বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক হিরো সেকিয়ার নেতৃত্বে গবেষক দল মেশিন লার্নিং ও সংখ্যাত্মক অপ্টিমাইজেশনের সাহায্যে এসব চ্যালেঞ্জ মোকাবিলা করেছে। তাদের পদ্ধতিতে ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ ব্যবহার করে পুরো WPT সার্কিটের মডেল তৈরি করা হয়। এতে ডায়োডের পরজীবী ধারকত্বের মতো বাস্তব উপাদানের অ-আদর্শ বৈশিষ্ট্যও যথাযথভাবে প্রতিফলিত হয়। ব্যবস্থাটি স্থিতিশীল কার্যকর অবস্থায় পৌঁছানো পর্যন্ত ধাপে ধাপে সংখ্যাত্মকভাবে এসব সমীকরণের সমাধান করা হয়।

ব্যবস্থাটিকে অপ্টিমাইজ করতে গবেষকেরা জেনেটিক অ্যালগরিদম ব্যবহার করেছেন, যা প্রাকৃতিক নির্বাচনের ধারণা থেকে অনুপ্রাণিত এক ধরনের কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা। আউটপুট ভোল্টেজের স্থিতিশীলতা, বিদ্যুৎ সরবরাহের দক্ষতা এবং কম হারমোনিক বিকৃতি—যা অন্য ইলেকট্রনিক যন্ত্রে বাধা সৃষ্টি করতে পারে—এসব গুরুত্বপূর্ণ লক্ষ্য ধরে অ্যালগরিদমটি বিভিন্ন সার্কিট বিন্যাসের কার্যকারিতা যাচাই করে। এরপর সার্কিটের প্যারামিটারগুলো বারবার সমন্বয় করে, বিভিন্ন লোড পরিস্থিতিতে সর্বোত্তম কার্যকারিতা না পাওয়া পর্যন্ত নকশাটিকে “বিবর্তিত” করে।

এই সম্পূর্ণ সংখ্যাত্মক, মেশিন লার্নিংভিত্তিক পদ্ধতিতে প্রকৌশলীরা যাকে “লোড-নিরপেক্ষ” কার্যক্রম বলেন, তা সম্ভব হয়। অর্থাৎ লোডের পরিবর্তন হলেও ব্যবস্থা স্থিতিশীল আউটপুট ভোল্টেজ ও উচ্চ দক্ষতা বজায় রাখে। গবেষকেরা ক্লাস-EF WPT ব্যবস্থায় তাদের কৌশলটি পরীক্ষা করেছেন। এই বিন্যাসে ক্লাস-EF ইনভার্টারের সঙ্গে ক্লাস-D রেক্টিফায়ার যুক্ত থাকে; দুটিই উচ্চ দক্ষতা ও ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালনে উপযোগিতার জন্য পরিচিত।

মূল ফলাফল: স্থিতিশীলতা ও দক্ষতায় উল্লেখযোগ্য উন্নতি

ফলাফল ছিল চমকপ্রদ। নতুন ব্যবস্থায় আউটপুট ভোল্টেজের ওঠানামা ৫ শতাংশের নিচে নেমে এসেছে, যা প্রচলিত নকশায় দেখা ১৮ শতাংশ ওঠানামার তুলনায় বড় উন্নতি। ৬.৭৮ মেগাহার্টজে বিদ্যুৎ সঞ্চালনের দক্ষতা বেড়ে হয়েছে ৮৬.৭ শতাংশ এবং আউটপুট পাওয়ার পাওয়া গেছে ২৩ ওয়াটের বেশি। তুলনায়, লোডের তারতম্য হলে প্রচলিত ব্যবস্থাগুলো প্রায়ই ৬৫ শতাংশের বেশি দক্ষতা বজায় রাখতে হিমশিম খায়।

গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, মেশিন লার্নিং পদ্ধতিতে কম লোডেও কার্যকারিতা উন্নত হয়েছে। এ অবস্থায় প্রচলিত ব্যবস্থায় অস্থিতিশীলতার আশঙ্কা বিশেষভাবে বেশি। বাস্তব উপাদানের বৈশিষ্ট্যের প্রভাব নির্ভুলভাবে মডেল করায়, বিভিন্ন লোডেও সঞ্চালন কয়েলে শক্তির অপচয় প্রায় অপরিবর্তিত ছিল। এতে কার্যকর কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ ও শক্তির অপচয় কম হওয়ার ইঙ্গিত মেলে।

প্রধান লেখক অধ্যাপক হিরো সেকিয়া বলেন, “আমাদের মেশিন লার্নিং পদ্ধতিতে ব্যবস্থাটির ভার্চুয়াল মডেল তৈরি করা হয়, সিমুলেশন চালানো হয় এবং তাপ হিসেবে শক্তির অপচয় কমিয়ে ও সিগন্যালের মান বজায় রেখে কার্যকারিতা অপ্টিমাইজ করতে কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা ব্যবহার করা হয়।”

এই সাফল্যকে আলাদা করে কী?

ওয়্যারলেস চার্জিং নতুন কিছু নয়, তবে লোডনির্ভর অস্থিতিশীলতার দীর্ঘদিনের চ্যালেঞ্জ কাটিয়ে ওঠাই জাপানি দলের সাফল্যের মূল দিক। প্রতিটি নতুন ডিভাইস বা ব্যবহারের জন্য সার্কিটের উপাদান হাতে ধরে সময়সাপেক্ষভাবে সমন্বয় করার প্রয়োজন নেই এই পদ্ধতিতে। এর বদলে, এআই-চালিত নকশা প্রক্রিয়া স্বয়ংক্রিয়ভাবে বিভিন্ন লোড, পরিবেশ ও ব্যবহারের ধরনে খাপ খাইয়ে নিতে পারে, যা বাস্তব ক্ষেত্রে প্রয়োগের জন্য একে অনেক বেশি কার্যকর করে তোলে।

বৈদ্যুতিক যান, শিল্প রোবট ও চিকিৎসায় ব্যবহৃত ইমপ্লান্টের মতো উদীয়মান ক্ষেত্রে এই নমনীয়তা বিশেষভাবে মূল্যবান। এসব ক্ষেত্রে শক্তির চাহিদা দ্রুত ও অনির্দেশ্যভাবে বদলাতে পারে। সব পরিস্থিতিতে স্থিতিশীল ও দক্ষ বিদ্যুৎ সরবরাহ নিশ্চিত হলে, এত দিন জটিল তার ও সংযোগকারীর ওপর নির্ভরশীল খাতগুলোতে ওয়্যারলেস বিদ্যুতের ব্যবহার বাড়তে পারে।

গবেষণাগার থেকে দৈনন্দিন জীবনে: ওয়্যারলেস সমাজের পথে

এই গবেষণার প্রভাব ভোক্তা-প্রযুক্তির বাইরেও বিস্তৃত। চিবা বিশ্ববিদ্যালয়ের দল এমন এক ভবিষ্যতের কথা ভাবছে, যেখানে ওয়াই-ফাইয়ের মতোই সর্বত্র থাকবে ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ; বাড়ি, অফিস, কারখানা ও জনপরিসরে ডিভাইস চার্জ হবে নির্বিঘ্নে। সহজতর ও লোড-নিরপেক্ষ নকশা WPT ব্যবস্থার খরচ ও আকারও কমাতে পারে, ফলে ব্যাপক উৎপাদন এবং দৈনন্দিন পণ্যে সংযোজন আরও সহজ হবে।

তবে যেকোনো নতুন প্রযুক্তির মতোই, ব্যাপক বাণিজ্যিক ব্যবহারের আগে কিছু বাধা অতিক্রম করতে হবে। বিভিন্ন ডিভাইস ও নির্মাতার মধ্যে নির্ভরযোগ্যতা ও সামঞ্জস্য নিশ্চিত করতে আরও প্রকৌশল উন্নয়ন, কঠোর নিরাপত্তা পরীক্ষা এবং শিল্পমান প্রণয়ন জরুরি। তবু বিশেষজ্ঞদের ধারণা, এই সাফল্যের ফলে আগামী পাঁচ থেকে দশ বছরের মধ্যে ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সাধারণ ব্যবহারে চলে আসতে পারে।

ColombiaOne.com-এর প্রতিবেদনে বলা হয়েছে, “বৈদ্যুতিক গাড়ির মতো বড় ও জটিল ব্যাটারির ক্ষেত্রে এই উন্নতি বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে, কারণ চার্জ দেওয়ার সময় লোডে ব্যাপক তারতম্য হতে পারে। এই পদ্ধতিতে সার্কিট নির্মাণও সহজ হয় এবং খরচ ও আকার কমতে পারে। পাঁচ থেকে দশ বছরের মধ্যে ওয়্যারলেস বিদ্যুৎকে সাধারণ ব্যবহারে আনার লক্ষ্য রয়েছে গবেষক দলের।”

কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা: পাওয়ার ইলেকট্রনিকস নকশার ভবিষ্যৎ

জাপানি এই সাফল্য তড়িৎ প্রকৌশলের একটি বৃহত্তর ধারার অংশ: হার্ডওয়্যার নকশায় কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা ও মেশিন লার্নিংয়ের সংযোজন। প্রচলিতভাবে, ইনভার্টার, রেক্টিফায়ার ও ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ ব্যবস্থার মতো পাওয়ার ইলেকট্রনিকসের নকশা তৈরি ছিল শ্রমসাধ্য কাজ; এর জন্য গভীর দক্ষতা এবং বারবার পরীক্ষা-নিরীক্ষার প্রয়োজন হতো।

বৃহৎ ভাষা মডেল ও বিবর্তনমূলক অ্যালগরিদমসহ এআইয়ের সাম্প্রতিক অগ্রগতি এই প্রক্রিয়াকে সহজ করছে। সার্কিটের প্যারামিটার অপ্টিমাইজেশন স্বয়ংক্রিয় করে এবং বাস্তব জগতের জটিলতা বিবেচনায় নিয়ে এআই-চালিত নকশা সরঞ্জাম উন্নয়নের সময় কমাতে, মানুষের ভুল কমাতে এবং কর্মক্ষমতা ও দক্ষতার নতুন মাত্রা অর্জনে সহায়তা করতে পারে।

ScienceDirect-এ প্রকাশিত সাম্প্রতিক এক পর্যালোচনা নিবন্ধে বলা হয়েছে, “এআই-চালিত নকশা উচ্চ কম্পাঙ্কের ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালন ব্যবস্থার প্যারামিটার অপ্টিমাইজ করে। GPT-ভিত্তিক এআই মডেল পাওয়ার ইলেকট্রনিকসের নকশায় সময় ও জটিলতা উল্লেখযোগ্যভাবে কমায়।” পর্যালোচনাটিতে শুধু ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ নয়, পরিবহন থেকে শুরু করে ইন্টারনেট অব থিংস (IoT) পর্যন্ত পাওয়ার ইলেকট্রনিকসের পুরো ক্ষেত্রকে বদলে দেওয়ার এআইয়ের সম্ভাবনা তুলে ধরা হয়েছে।

ওয়্যারলেস বিদ্যুতের পরবর্তী ধাপ কী?

চিবা বিশ্ববিদ্যালয়ের দলের ফলাফল এখনো গবেষণাগারের পরীক্ষার ওপর ভিত্তি করে হলেও, এর মূলনীতি বহু ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা সম্ভব। এআই-চালিত নকশা পদ্ধতি পরিণত ও আরও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হলে, বিভিন্ন কাজে ব্যবহারযোগ্য বাস্তবসম্মত ও নির্ভরযোগ্য ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ ব্যবস্থা তৈরিতে দ্রুত অগ্রগতি দেখা যেতে পারে।

শিল্প পর্যবেক্ষকদের ধারণা, আগামী দশকে “সম্পূর্ণ ওয়্যারলেস” পরিবেশের সূচনা হতে পারে। সেখানে কোনো কক্ষে ঢুকলেই ডিভাইস স্বয়ংক্রিয়ভাবে চার্জ হবে, পার্ক করা অবস্থায় বা চলার সময়ও যানবাহনে চার্জ দেওয়া যাবে, আর বিদ্যুতের তারের সীমাবদ্ধতা ছাড়াই শিল্প সরঞ্জাম চলবে। এমন পরিবর্তনে সুবিধা বাড়ার পাশাপাশি ইলেকট্রনিক বর্জ্য কমবে, নিরাপত্তা উন্নত হবে এবং সংযোগ ও স্বয়ংক্রিয়তার নতুন সুযোগ তৈরি হবে।

সংক্ষেপে

• চিবা বিশ্ববিদ্যালয়ের জাপানি গবেষকেরা মেশিন লার্নিংভিত্তিক এমন একটি পদ্ধতি তৈরি করেছেন, যা লোডের পরিবর্তন হলেও স্থিতিশীল ও দক্ষ ওয়্যারলেস বিদ্যুৎ সঞ্চালন নিশ্চিত করে।
• এই সাফল্যে আউটপুট ভোল্টেজের ওঠানামা ৫ শতাংশের নিচে নেমেছে এবং দক্ষতা বেড়ে ৮৬.৭ শতাংশ হয়েছে। প্রচলিত ব্যবস্থায় এ দুটি মান যথাক্রমে ১৮ শতাংশ ওঠানামা ও ৬৫ শতাংশ দক্ষতা।
• এআই-চালিত নকশা প্রক্রিয়ায় সংখ্যাত্মক মডেলিং ও জেনেটিক অ্যালগরিদম ব্যবহার করে সার্কিটের প্যারামিটার অপ্টিমাইজ করা হয়, যা প্রচলিত বিশ্লেষণধর্মী পদ্ধতির সীমাবদ্ধতা কাটিয়ে ওঠে।
• এই প্রযুক্তি স্মার্টফোন, বৈদ্যুতিক যান, শিল্প সরঞ্জামসহ নানা ক্ষেত্রে ওয়্যারলেস বিদ্যুতের ব্যবহার বাড়াতে পারে; পাঁচ থেকে দশ বছরের মধ্যে ওয়্যারলেস চার্জিং সাধারণ হয়ে ওঠার সম্ভাবনাও রয়েছে।
• এই গবেষণায় পাওয়ার ইলেকট্রনিকসের নকশা স্বয়ংক্রিয় ও অপ্টিমাইজ করতে কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার ক্রমবর্ধমান ভূমিকা তুলে ধরা হয়েছে, যা ভবিষ্যতে দ্রুত উদ্ভাবন ও আরও নির্ভরযোগ্যতার প্রতিশ্রুতি দেয়।