(Charles O'Rear/Corbis Dokumentarfilm/Getty Images) Dank neu entwickelter Technologie könnten wir eines Tages unsere Telefone und Tablets drahtlos über die Luft aufladen.
Forscher haben Infrarot-Laserlicht verwendet, um eine Lichtleistung von 400 mW über Entfernungen von bis zu 30 Metern (98 Fuß) zu übertragen. Das ist genug Saft, um kleine Sensoren aufzuladen, könnte aber mit der Zeit auch für das Aufladen größerer Geräte wie Smartphones entwickelt werden.
All dies geschieht auf absolut sichere Weise – der Laser fällt bei Nichtgebrauch in einen Energiesparmodus zurück.
Der Fachbegriff dafür lautet „verteiltes Laserladen“, und der hier entwickelte spezielle Typ ist sicherer und kann noch weiter gehen frühere Experimente mit ähnlicher Art drahtloser Energieübertragungstechnologien.
„Während die meisten anderen Ansätze erfordern, dass sich das Empfangsgerät in einer speziellen Ladeschale befindet oder stationär ist, ermöglicht die verteilte Laserladung eine Selbstausrichtung ohne Tracking-Vorgänge, solange sich Sender und Empfänger in Sichtlinie zueinander befinden.“ sagt Elektroingenieur Jinyong Ha , von der Sejong-Universität in Südkorea.
Normalerweise sind die lichtreflektierenden Komponenten, aus denen a besteht Laserkavität wären zusammen im selben Gerät. Hier sind sie in einen Sender und einen Empfänger getrennt, das heißt, im Zwischenraum bildet sich der Laserhohlraum, solange Sender und Empfänger in Sichtweite zueinander sind.
Im Versuchsaufbau wurde 30 Meter vom Empfänger entfernt ein speziell mit einem silberweißen Metall namens Erbium behandelter Verstärkersender aufgestellt, der mit einer Photovoltaikzelle ausgestattet war, um das Lichtsignal in elektrischen Strom umzuwandeln.
Mit nur 10 x 10 Millimetern (0,4 x 0,4 Zoll) ist dieser Empfänger klein genug, um in kompakte Geräte wie Sensoren zu passen. So könnten beispielsweise kleinere Smart-Home-Geräte wie Bewegungs- oder Temperatursensoren kabellos aufgeladen werden.
Eines Tages könnten Sie in einen Flughafen gehen und Ihr Telefon aufladen, während Sie es benutzen – ohne Kabel oder Stecker. Zuvor muss das Team jedoch die Energiemenge erhöhen, die das System übertragen kann.
Ein Teil dieses Prozesses könnte darin bestehen, die Photovoltaikzelle im Empfänger so zu verbessern, dass sie mehr Laserlicht in Elektrizität umwandeln kann. Eine weitere potenzielle Verbesserung könnte darin bestehen, dass die Einrichtung mit mehreren Empfängern gleichzeitig funktioniert.
Mit einer zentralen Wellenlänge von 1550 Nanometern liegt der Laser im sichersten Teil des Infrarotspektrums und kann weder die menschliche Haut noch die Augen schädigen. Die Wissenschaftler haben eine Reihe weiterer Verbesserungen vorgenommen, um die Effizienz des Systems zu verbessern und sicherzustellen, dass so viel Energie wie möglich übertragen wird.
„In der Empfängereinheit haben wir einen sphärischen Kugellinsen-Retroreflektor eingebaut, um eine 360-Grad-Ausrichtung von Sender und Empfänger zu ermöglichen, was die Effizienz der Energieübertragung maximiert.“ sagt Ha .
„Wir haben experimentell beobachtet, dass die Gesamtleistung des Systems vom Brechungsindex der Kugellinse abhängt, wobei ein Brechungsindex von 2,003 am effektivsten ist.“
Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, doch nicht nur bei der persönlichen Elektronik könnte sich die drahtlose Energieübertragung als vorteilhaft erweisen – sie könnte auch in industriellen Umgebungen, in denen die Verkabelung schwierig aufzubauen oder zu warten ist, einen großen Unterschied machen.
„Der Einsatz des Laserladesystems zum Ersetzen von Netzkabeln in Fabriken könnte Wartungs- und Austauschkosten einsparen“, sagt Ha .
„Dies könnte besonders in rauen Umgebungen nützlich sein, in denen elektrische Verbindungen Störungen verursachen oder eine Brandgefahr darstellen können.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Optik-Express .