Eletrônica e Informática

Tecnologia inspirada em computação quântica pode aumentar capacidade de gerar energia renovável

A Fujitsu mostrou o potencial do Digital Annealer, tecnologia exclusiva da empresa inspirada na computação quântica, de aumentar a capacidade de gerar energia renovável, por meio da resolução de problemas de otimização de dispositivos magnéticos. A inovação foi apresentada na Conferência Internacional sobre Computação de campos Eletromagnéticos (Compumag), realizada em Paris, na França, em julho.

A maioria dos dispositivos magnéticos utilizada na geração de energia renovável cria fluxos magnéticos por meio da junção de um grande número de pequenos ímãs. Entretanto, devido a todas as possíveis combinações potenciais para os arranjos magnéticos ainda é difícil maximizar a eficiência de geração de energia desta forma.

A fim de superar esse desafio, a empresa desenvolveu uma tecnologia que utiliza o Digital Annealer para calcular, em segundos, como organizar cada ímã individualmente para obter a máxima densidade de fluxo magnético. Este avanço, além de acarretar em um ganho de 16% de eficiência durante o processo de produção de energia renovável, auxilia também na propagação de dispositivos que utilizam este tipo de energia.

CONTEXTO – Soluções de captação de energia, que convertem as vibrações de motores, pontes e edifícios em eletricidade, estão atraindo cada vez mais atenção. Eles utilizam um tipo de tecnologia que não possui a necessidade de cabos de transmissão, dispensando o uso de baterias de eletricidade para dispositivos que utilizem Internet das Coisas (IoT) instalados tanto em ambientes internos e externos. As ferramentas também facilitam a transmissão de energia para equipamentos portáteis e componentes automotivos. Ainda assim, existem melhorias a serem feitas, para que seja possível solucionar os grandes problemas ambientais e energéticos enfrentados pela humanidade atualmente.

DIFICULDADES – Hoje, as máquinas são configuradas com fileiras de ímãs em uma dimensão. A reconfiguração desses layouts em uma forma plana, em 2D, vai aumentar a energia gerada por esses dispositivos. Porém, esse tipo de arranjo traz um desafio para os projetistas, pois dificulta a maximização do fluxo magnético. Por exemplo, quando 100 ímãs são dispostos em um quadrado de 10×10, ao longo de um eixo tridimensional, são geradas mais de 7 trilhões de combinações possíveis.

Para desenvolver a tecnologia que permite utilizar o Digital Annealer no cálculo do arranjo ideal dos ímãs planares, a Fujitsu contou com a parceria do professor Hajime Igarashi, do Instituto de Ciência da Informação da Universidade de Hokkaido. A escolha da utilização da arquitetura de computação veio por conta da capacidade única de simular o comportamento quântico e a rápida resolução de problemas de otimização combinatória.

O Digital Annealer recebe as informações de forma binária, sempre expressas em três bits (x,y,z). A densidade de fluxo magnético gerada é combinada à lei eletromagnética de Bio-Savart, apresentando o melhor layout para maximizar a quantidade de fluxo magnético e aproveitar o máximo do sistema. Além disso, é possível adicionar uma nova variável à função, de modo que ela possa ser formulada no formato QUBO, incrementando ainda mais a estrutura de projeto ideal para matrizes de ímã planas.

RESULTADOS – Com a habilidade do Digital Annealer de calcular com rapidez o melhor layout para um conjunto em 2D, é possível aumentar 17% a densidade do fluxo magnético e a eficiência na geração de energia em 16%. Este cálculo compara os resultados de um sistema em uma e duas dimensões, e com ímãs dispostos em quadrados de 10×10.

PLANOS – A Fujitsu Laboratories contribuirá para o desenvolvimento de dispositivos magnéticos usados na coleta de energia e outras funções, implementando essa tecnologia como um dos serviços profissionais para o Digital Annealer, a partir de 2020.

A tecnologia do Digital Annealer já está disponível no Brasil. As empresas interessadas em implementar a solução devem entrar em contato com o escritório da empresa.

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