Basisstation mit Power
Am MIT arbeiten Forscher an einer Technik, mit der sich tragbare Geräte wie Handys oder Laptops drahtlos wieder aufladen lassen.
- Kate Greene
Kleine, batteriebetriebene Gadgets werden immer beliebter - und gleichzeitig leistungsfähiger. Das Problem: Man muss die Akkus von Handy, Laptop, Digitalkamera oder MP3-Spieler ständig wieder aufladen, was zum Kabelchaos führt. Forscher am MIT wollen dieses Problem nun lösen: Sie arbeiten an einer Methode, den notwendigen Ladestrom durch die Luft an die Geräte zu übertragen.
"Wir sind bereits sehr gut darin, Informationen drahtlos zu übertragen, meint Marin Soljacic, Physik-Professor am MIT. Historisch sei es jedoch schon immer wesentlich schwerer gewesen, Energie auf dem gleichen Weg zu übertragen. Soljacic hat deshalb mit seinen MIT-Kollegen Aristeidis Karalis und John Joannopoulos eine Technik entwickelt, mit der sich Energie drahtlos übertragen lässt - und somit Geräte aufgeladen werden können. Diese müssen sich dann nur noch in der Reichweite einer kleinen "Power-Basisstation" befinden - wenige Meter um das Gerät, das wiederum in einer Steckdose steckt. Die Idee, die bislang nur auf dem Papier vorliegt, wurde kürzlich auf dem "Industrial Physics Forum" des amerikanischen Physik-Instituts in San Francisco vorgelegt.
Der Plan, Energie drahtlos zu übertragen, wird bereits seit fast zwei Jahrzehnten verfolgt. Eine ähnliche Technik wird beispielsweise bei RFID-Funksendern verwendet. Dabei wird ein Phänomen namens induktiver Kopplung ausgenutzt, das auftritt, wenn Elektrizität durch Drähte fließt, die beispielsweise in einem RFID-Lesegerät stecken. Fließt der Strom, ergibt sich ein magnetisches Feld um die Drähte, das wiederum Strom in einem in der Nähe befindlichen Draht induziert - in diesem Fall im RFID-Funksender. Diese Technik besitzt allerdings nur eine eingeschränkte Reichweite - einen ganzen Raum voller Gadgets wird man so nicht versorgen.
Um Geräte dennoch auf mittlere Distanzen drahtlos aufladen zu können, schlagen die Forscher um Soljacic einen ganz neuen Ansatz vor. Dabei gibt die Basisstation elektromagnetische Wellen in niedrigen Frequenzen von 4 bis 10 Megahertz ab. Der Empfangsteil in einem Gerät kann dann so gestaltet werden, dass er auf der gleichen Frequenz schwingt. Wird es dann in die Nähe der Basisstation gebracht, wird die Energie aufgenommen. Geräte ohne Empfangsteil erkennen die Wellen nicht.
Wichtig dabei ist, dass die Energie, auf die die Geräte zugreifen können, sich nicht weiterverteilt. Das liege auch an der niedrigen Frequenz, erklärt John Pendry, Physik-Professor am Imperial College in London. Elektromagnetische Wellen existieren im Nah- und im Fernfeld. Die Intensität von niedrigen Frequenzen geht schnell zurück, je weiter sich eine Person vom Sender wegbewegt. Mit anderen Worten: Die Fernfeld-Wellen verbreiten sich bei geringen Frequenzen kaum. WLAN mit sehr hohen Frequenzen wie etwa 2,4 Gigahertz kann hingegen 10 bis 100 Meter überwinden.
Nahfeld-Wellen enthalten allerdings in der Nähe des Senders ziemlich viel Energie. "Wenn man sie nicht verwendet, bleibt sie einfach da. Sie verschwindet nicht", meint Pendry. Diese "gebundene" Energie, die nur wenige Meter hält, wird angezapft, wenn ein in der richtigen Frequenz schwingender Empfänger in ihre Reichweite gelangt.
Bislang ist die Arbeit von Soljacic und seinem Team noch rein theoretisch. Doch Patente wurden bereits beantragt - außerdem will man in einem Jahr Prototypen haben. Selbst ohne diesen Prototypen sind die physikalischen Grundlagen hinter der Idee korrekt, meint der bekannte Physik-Professor Freeman Dyson: "Es ist eine nette Idee und ich sehe keinen Grund dafür zu glauben, dass das nicht funktioniert."
Pendry fürchtet allerdings, dass die Nutzer eine solche drahtlose Energiequelle für gefährlich halten könnten: "Immer wenn es um solche leistungsfähigen Geräte geht, machen die Menschen sich Sorgen um ihre Sicherheit." Je nach Anwendung wären der magnetische oder der Nahfeld-Wellen-Bereich interessant. Das elektrische Feld könnte ein Gesundheitsrisiko darstellen, so dass es besser in Bereichen eingesetzt würde, wo keine Menschen in der Nähe sind, meint Pendry. Die Nutzung des Magnetfelds sei aber wesentlich sicherer und könnte leicht umgesetzt werden: "Ich glaube nicht, dass es da Gesundheitsbedenken geben sollte, aber die Menschen werden natürlich welche haben."
Soljacic glaubt ebenfalls, dass seine Technik sicher sein wird - ausgehend von seinen Berechnungen und den bekannten Gesundheitseffekten von Wellen mit geringer Frequenz.
Ideal wäre es wohl, meint der Forscher, das System ungefähr 50 Prozent so effizient wie heutige Ladegeräte zu gestalten. So würde das Aufladen eben etwas länger dauern. Soljacics Vision ist es, solche Energie-Basisstationen in die Decken jedes Raumes einzubauen. So könnten Handy und Laptop die ganze Zeit geladen werden, egal wo man sich im Haus befindet.
Übersetzung: Ben Schwan. (wst)
