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»Superlinse« schafft drahtlose Stromübertragung hoher Reichweite
Bislang war drahtlose Stromübertragung nur über sehr kurze Distanzen möglich. Forscher der Duke University in North Carolina haben eine »Superlinse« entwickelt, die Strom über tieffrequente Magnetfelder über weitere Distanzen übertragen kann.
Die Forscher an Dukes Pratt School of Engineering erreichten gemeinsam mit dem Toyota Research Institute of North America einen Durchbruch bei der Überwindung größerer räumlicher Distanzen durch Verwendung einer sogenannten »Superlinse« aus »Metamaterialien«.
Yaroslav Urzhumov, Assistenzprofessor für Computer- und Eletroingenieurwissenschaften erklärt: »Wir haben erstmals demonstriert, dass die Effizienz magnetisch-induktiver drahtloser Stromübertragung über Distanzen verbessert werden kann, die um ein Vielfaches größer sind, als die Größe von Sender und Empfänger. Das ist wichtig, weil sich die Technik den Dimensionen heutiger Mobilelektronik anpassen muss, wenn sie ein Teil des täglichen Lebens werden soll.«
Die rechteckige Superlinse besteht aus vielen nebeneinander angeordneten hohlen Würfeln, in deren Wände aus Leiterplattenmaterial, Chipdesigns nicht unähnlich, spiralig angeordnete Kupferbahnen geätzt sind. Diese Spulengeometrie und ihr repetitive Anordnung formen ein »Metamaterial«, das mit Magnetfeldern dergestalt reagiert, dass es die zu übertragenden Felder auf eine enge Kegelform beschränkt und gleichzeitig die Energieintensität verstärkt.
Auf einer Seite der Superlinse platzierten die Forscher eine kleine unter Wechselstrom stehende Kupferspule, um die sich ein Magnetfeld bildet. Dieses Feld fällt jedoch sehr stark ab, desto weiter man sich von der Spule entfernt. »Wenn Ihr Elektromagnet 2,5 cm Durchmesser hat, erhält man 7,5 Zentimeter entfernt schon fast keine Energie mehr», erklärt Urzhumov. »Man erhält nur 0,1 Prozent der Leistung, die in der Spule steckt.« Dank der Superlinse wird das Magnetfeld noch in 30 cm Entfernung mit ausreichender Stärke fokussiert, sodass es noch genügend Kraft besitzt, Strom in eine ähnlich große Empfänger-Spule zu induzieren.
In früheren Experimenten war es lediglich gelungen, die Energie über eine dem jeweiligen Durchmessers der Spulen äquivalente Entfernung zu übertragen. »Es ist leichter, die Energieübertragung durch Vergrößerung der Spulen zu steigern, aber das wird sehr schnell unpraktisch.« Urzhumov möchte die Technik marktfähig machen: »Die wahre Funktionalität, die Konsumenten von einem nützlichen drahtlosen Energie-System wollen, ist die Fähigkeit, ein Gerät aufzuladen, egal wo es ist. Frühere kommerzielle Produkte wie die PowerMat sind aus genau diesem Grund keine Standard-Lösung geworden. Sie fesseln den Nutzer an eine bestimmte Region, in der die Energieübertragung funktioniert.«
In Zukunft wollen die Forscher daran arbeiten, das System kleiner und effizienter zu machen, die Reichweite zu erhöhen und den Bereich der »Hot Spots«, in denen Laden möglich ist, zu vergrößern.
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