Investigadores de Science Tokyo logran transmisión inalámbrica de energía estable hasta 5 metros usando LEDs y visión por computadora.
- Energía inalámbrica por luz LED para sensores IoT de interior.
- Sistema dual “día/noche” estable hasta 5 m.
- Control por IA que localiza y alimenta varios dispositivos en cadena.
- Alternativa más segura a láseres y cargadores por radiofrecuencia.
- Menos pilas, menos cableado, menos residuos electrónicos.
- Aplicación directa en fábricas, edificios inteligentes y hogares conectados.
Sistema LED con IA que ofrece energía inalámbrica estable para dispositivos IoT de interior
Un equipo del Institute of Science Tokyo ha desarrollado el que se considera el primer sistema de transmisión óptica inalámbrica de energía (OWPT) basado en LED, capaz de funcionar de forma automática tanto con las luces encendidas como en completa oscuridad, y de alimentar varios dispositivos IoT en serie sin cortes. El trabajo, publicado en Optics Express a finales de octubre de 2025, propone una arquitectura dual “día/noche” que ajusta el haz de luz, detecta los receptores y reparte la energía de manera inteligente.
Este tipo de soluciones encaja con un contexto en el que los objetos conectados ya se cuentan por miles de millones. Solo en 2025 se estima en torno a 20–21.000 millones de dispositivos IoT activos en el mundo, con previsiones que apuntan a más de 40.000 millones antes de 2030. Cada sensor, cada etiqueta inteligente, cada actuador, necesita energía. Y seguir tirando de pilas desechables y cables por todas partes sencillamente no escala bien, ni ambiental ni económicamente.
Por qué las pilas y los cables no bastan para el IoT
Los métodos clásicos para alimentar dispositivos —baterías y cableado— arrastran limitaciones muy claras cuando se despliegan redes densas de IoT:
- Las pilas se agotan, requieren sustitución periódica y generan residuos peligrosos, especialmente en sensores pequeños de difícil acceso.
- El cableado fija los dispositivos, complica reformas en edificios y añade un coste de instalación y mantenimiento nada trivial.
- En entornos industriales, el cable extra es, además, una posible fuente de averías y riesgos de seguridad.
Con millones de sensores midiendo temperatura, presencia, calidad del aire, flujo de personas o funcionamiento de la maquinaria, el simple mantenimiento de las fuentes de energía se convierte en un problema logístico y ambiental serio. De ahí el interés por tecnologías que permitan alimentar dispositivos a distancia, sin tener que ir cambiando pilas una a una.
Qué aporta la transmisión óptica inalámbrica de energía
La OWPT transmite energía a través del aire usando luz, que se convierte de nuevo en electricidad mediante receptores fotovoltaicos (PV) colocados en los dispositivos. En lugar de enchufes, lo que hay es un emisor de luz —en este caso, un módulo de LED de alta potencia— y un pequeño “mini panel solar” integrado en cada sensor.
Hasta ahora, gran parte de la investigación se apoyaba en sistemas basados en láser, interesantes por su alta densidad de potencia, pero mucho más delicados desde el punto de vista de la seguridad ocular y cutánea. Las directrices internacionales, como las de la ICNIRP y la norma IEC 60825-1, fijan límites estrictos para la exposición a radiación láser a fin de proteger ojos y piel. Cumplir esos límites en entornos cotidianos —una oficina, una fábrica, una vivienda— complica bastante el diseño.
En la Unión Europea, además, la Directiva 2006/25/CE establece requisitos mínimos de seguridad para la exposición a radiación óptica artificial en el trabajo, lo que incluye fuentes como láseres e iluminación intensa. En resumen: con láser se puede, pero hay que hilar muy fino para no cruzar líneas rojas.
Los LED juegan aquí con ventaja. Tienen menor densidad de potencia que un láser concentrado, son más fáciles de colimar y modular, tienen una vida útil larga y permiten diseñar sistemas que respeten los límites de exposición con bastante más margen. El reto, hasta ahora, era otro: pérdidas de potencia a distancia y comportamiento inestable cuando cambia la iluminación ambiente.
Cómo funciona el nuevo sistema LED con modo día/noche
El equipo liderado por Tomoyuki Miyamoto y Mingzhi Zhao ha atacado directamente esos dos problemas: la pérdida de potencia con la distancia y la sensibilidad a las condiciones de luz del entorno.
La propuesta se apoya en tres piezas clave:
- Óptica adaptable con doble lente. El emisor utiliza una configuración de doble capa de lentes:
- una lente líquida con distancia focal ajustable,y una lente de imagen que termina de modelar el haz.
- Apuntado dinámico con motores y cámara de profundidad. El haz no se queda fijo. Se dirige mediante un reflector motorizado que gira en los ejes horizontal y vertical gracias a dos motores paso a paso conectados en serie. Para saber hacia dónde apuntar, el sistema usa una cámara de profundidad con dos sensores:
- un sensor RGB, que identifica la posición del receptor,y un sensor infrarrojo (IR), que detecta el punto exacto donde está llegando el haz.
- Retroreflectores y visión por computador con IA. Alrededor de cada receptor PV se colocan láminas retrorreflectantes, las típicas superficies que devuelven la luz hacia la fuente. Cuando la cámara proyecta luz IR, esas láminas dibujan un contorno muy claro del receptor, incluso en un entorno iluminado o con objetos alrededor que podrían confundir al algoritmo. Sobre esa imagen, se ejecuta una red neuronal convolucional basada en el algoritmo Single Shot MultiBox Detector (SSD), entrenada para:
- reconocer cada receptor,
- separar la zona fotovoltaica útil,
- y minimizar interferencias con otros objetos del fondo.
El resultado es un sistema que detecta de forma automática dónde están los receptores, corrige el haz si algo se mueve o cambia de posición, y mantiene la alimentación sin que la persona usuaria tenga que configurar nada. Ni menús complicados ni calibraciones manuales.
Rendimiento: varios dispositivos, diferentes distancias, misma fuente de luz
En las pruebas de laboratorio, este sistema auto-OWPT fue capaz de alimentar de forma estable receptores de distintos tamaños colocados a variadas distancias, con un alcance de hasta 5 m en interiores. Lo hizo tanto con las luces encendidas como en oscuridad, cambiando rápidamente de un receptor a otro sin interrupciones apreciables.
Ese comportamiento “multiobjetivo” es importante: en lugar de colocar un emisor por sensor, una única unidad en el techo podría ir barriendo y cargando:
- sensores de presencia,
- pequeños actuadores de válvulas,
- etiquetas inteligentes en estanterías,
- botones de emergencia,
- dispositivos médicos de baja potencia en una habitación hospitalaria.
Todo ello sin tener que cablear cada punto ni depender de pilas de botón que, cuando se agotan, siempre se agotan en el peor momento.
Cómo encaja en el ecosistema de tecnologías de energía inalámbrica
El sistema de Tokyo no aparece en el vacío. Hay empresas que ya comercializan soluciones de energía inalámbrica por luz para productos reales. Algunas utilizan infrarrojo de largo alcance para alimentar cerraduras inteligentes o pantallas publicitarias con potencias del orden de centenares de miliwatios a distancias de hasta unos 10 m, con despliegues en tiendas, aeropuertos o viviendas.
En paralelo, otros grupos de investigación exploran cómo mantener la OWPT dentro de niveles de irradiancia seguros, similares a los usados en fotobiomodulación, logrando transmisión de energía útil sin superar los umbrales recomendados para tejidos humanos.
La propuesta de Miyamoto y Zhao se diferencia en varios puntos:
- apuesta claramente por LED en lugar de láser,
- integra desde el inicio visión artificial e IA para seguimiento y reparto de energía,
- y se orienta explícitamente a entornos interiores densos: fábricas inteligentes, edificios de oficinas, hogares conectados.
En combinación con redes 5G privadas y plataformas de gestión IoT, este tipo de sistemas podría convertirse en una pieza más de la infraestructura de edificios inteligentes, junto con el Wi-Fi, los puntos de acceso 5G y los sistemas de gestión de energía del edificio.
Potencial
La contribución de esta tecnología a la sostenibilidad no viene tanto por “magia tecnológica” como por algo mucho más prosaico: evitar despilfarros.
Algunas líneas realistas:
- Reducción de residuos de pilas y mantenimiento
Una parte importante del IoT actual se alimenta con pilas de litio o alcalinas. Con miles de sensores en un solo complejo industrial o en una gran superficie comercial, eso implica ciclos constantes de sustitución y kilos de residuos peligrosos al año. Sistemas OWPT basados en LED permiten diseñar nodos que funcionen con baterías muy pequeñas o incluso sin batería, con un pequeño almacenador (supercondensador, por ejemplo). Menos visitas de mantenimiento, menos transporte, menos metal extraído. - Sensores donde antes no salía a cuenta
Cuando ya no hace falta pasar cables ni preocuparse por el recambio frecuente de pilas, tiene sentido colocar sensores en sitios donde antes no compensaba: falsos techos, rincones de almacenes, cámaras frigoríficas, espacios entre maquinaria. Eso habilita un control fino de iluminación, climatización y procesos, que se traduce en menos kilovatios hora gastados para conseguir el mismo confort o la misma producción. - Edificios más inteligentes, pero con cabeza
En edificios de oficinas, hospitales o universidades, la combinación de sensores IoT alimentados por OWPT con sistemas de gestión de la energía puede ayudar a:- ajustar la ventilación según la ocupación real,
- reducir el caudal de aire en zonas vacías,
- optimizar la iluminación natural frente a la artificial,
- detectar fugas térmicas o problemas de aislamiento.
- Menor huella de infraestructura en fábricas y logística En entornos industriales, las redes de sensores ayudan a reducir consumos de energía, detectar ineficiencias en motores, compresores o líneas de producción, y anticipar fallos. La OWPT puede simplificar la instalación en zonas con vibraciones, polvo o donde el cable se rompe con facilidad. Menos obras, menos cable de cobre, menos paradas de planta solo para “pasar un cable más”.
- Diseño responsable: eficiencia, seguridad y ciberseguridad Para que todo esto sume de verdad a la mitigación de la crisis climática, el diseño tiene que cuidar algunos puntos:
- Eficiencia global del sistema: el emisor no puede estar gastando más energía de la que se ahorra por evitar pilas y cables. El margen existe, pero hay que cuantificarlo caso a caso.
- Cumplimiento estricto de límites de exposición a radiación óptica, especialmente en espacios donde trabajen personas muchas horas al día.
- Ciberseguridad: un sistema que decide a quién alimenta y cuándo, basado en cámaras y algoritmos de IA, no deja de ser un nuevo vector digital. Debe integrarse en la misma estrategia de seguridad que el resto del IoT del edificio.
En conjunto, tecnologías como este sistema LED OWPT con IA apuntan a un modelo de “IoT sin pilas” en interiores: sensores discretos, casi invisibles, que se alimentan de un haz de luz gestionado con inteligencia. No van a resolver por sí solos la emergencia climática, pero sí pueden ayudar a recortar consumo energético y residuos en un frente muy concreto: cómo se alimentan los millones de “pequeños cerebros” que ya habitan edificios, fábricas y hogares. Y ahí, cada mejora cuenta.
Más información: Mingzhi Zhao et al, Automatic and adaptive optical wireless power transmission for IoT with dual mode of day and night charging, Optics Express (2025). DOI: 10.1364/oe.574553
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