Strom per Lichtstrahl: Neues System aus Japan erreicht 5 Meter Reichweite mit Infrarot-LEDs
Ein Forschungsteam des Institute of Science Tokyo hat ein neues System vorgestellt, das kleine Geräte mittels eines gebündelten LED-Lichtstrahls mit Strom versorgt und so eine kabellose Energieübertragung über bis zu fünf Meter ermöglichen soll. Die Technologie richtet sich vor allem an IoT-Geräte – also vernetzte Alltags- oder Industriesensoren wie smarte Thermostate oder Bewegungsmelder, die automatisch Daten senden und empfangen. Die Studie wurde am 3. November in der Fachzeitschrift Optics Express veröffentlicht.
Die Idee: Ein fokussierter LED-Lichtstrahl wird präzise auf Photovoltaikzellen gerichtet, die das Licht wiederum in elektrische Energie umwandeln – ein potentieller Lösungsansatz für ein wachsendes Problem. Mit der zunehmenden Zahl an IoT-Geräten steigt der Aufwand für Batterieaustausch und Wartung. Es gibt bereits optische Energieübertragungen, die Strom meterweit kabellose übertragen können. Diese arbeiten allerdings mit Laserstrahlen, was mit potentiellen Sicherheitsrisiken einhergeht. Das Forschungsteam um Tomoyuki Miyamoto und Mingzhi Zhao setzt stattdessen auf leistungsstarke Infrarot-LEDs.
5 Meter Reichweite dank starker Bündelung
Kernelement des Systems ist eine Infrarot-LED, die über zweistufiges Linsensystem stark gebündelt wird: Eine Flüssiglinse passt den Fokus dynamisch an, während eine feste Linse den Strahl auf Photovoltaikzellen richtet. Laut Studie bleibt der LED-Spot so auf über fünf Meter präzise genug, um kleine Solarzellen zu Treffen.
Auch mit beweglichen Zielen möglich – sogar bei Dunkelheit
Das System soll auch Geräte versorgen können, die sich bewegen. Dafür setzt es auf eine Kombination aus Zwei-Achsen-Spiegelsystem und Tiefenkamera: Die Intel RealSense D435 erkennt die kleinen Solarzellen tagsüber über normale Kamerabilder und nachts über die Rückstrahlung von Retroreflektoren. Der Lichtpunkt wird automatisch nachgeführt und per Flüssiglinse fokussiert. Für die Steuerung ist ein KI-Modell verantwortlich. So soll die Stromversorgung laut den Wissenschaftlern unabhängig von den Lichtverhältnissen funktionieren – ein entscheidender Punkt für IoT-Sensoren in industriellen oder abgelegenen Bereichen.
Noch nicht besonders effizient, aber mit Potential
Laut Studienergebnissen soll das System zwar zuverlässig funktionieren, ist für einen praktischen Alltagseinsatz aber noch zu ineffizient. In den Tests erreicht es eine Effizienz von 56,2 Prozent, was vor allem an Strahlungsverlusten und Absorption in der Flüssiglinse liegen soll. Die Forscher gehen davon aus, diesen Wert durch optimierte LED-Optiken auf bis zu 80 Prozent steigern zu können, was den Einsatz in realen Szenarien durchaus realistisch erscheinen lässt. Langfristig könnte die Technologie überall zum Einsatz kommen, wo Batteriewechsel aufwendig oder Verkabelung unpraktisch ist – vor allem bei industriellen Sensornetzen, möglicherweise aber auch bei Smart-Home-Geräten oder medizinischen Messgeräten.
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