Onderzoekers proberen al jarenlang manieren te vinden om elektriciteit draadloos te verzenden. Een team wetenschappers bij Sejong University, een universiteit in de Zuid-Koreaanse hoofdstad Seoul, meent nu een doorbraak te hebben bereikt.
Het team beschrijft het systeem dat het heeft bedacht in een paper die werd gepubliceerd in Optics Express, een peerreviewed wetenschappelijke publicatie waarin wordt gerapporteerd over innovaties in de optica en de fotonica. Het ontwerp van de onderzoekers gebruikt infraroodlicht om op een veilige manier energie met een “hoge energieoverdrachtsefficiëntie” te versturen.
Uit testen in het laboratorium blijkt dat het systeem zo’n 400 milliwatt (mW) kan overdragen tot op afstanden van 30 meter. Dat is nog niet genoeg om bijvoorbeeld een smartphone op te laden, maar zou wel al voldoende zijn om sensoren en andere kleine apparaten van stroom te voorzien.
Het team zegt in de publicatie dat het uiteindelijk de bedoeling is dat een reeks toestellen kunnen worden opgeladen met de technologie. Zij spreken daarbij niet enkel over smartphones, maar ook over andere draagbare devices en zelfs elektrische voertuigen. Ook Internet of Things (IoT)-apparaten en sensoren voor de zware industrie worden in de paper vermeld.
Geen laadstation nodig
Wat de onderzoekers proberen, is niets nieuw. Xiaomi stelde in 2021 bijvoorbeeld technologie voor die tot op enkele meters afstand meerdere devices draadloos zou kunnen opladen. Het enige wat daarvoor nodig zou zijn, is een speciale antenne die wordt ingebouwd in apparaten.
Het is wetenschappers tot nu toe echter nog niet gelukt om draadloos te laden vanop grote afstanden. Om dat probleem op te lossen, zeggen de onderzoekers uit Zuid-Korea dat ze een techniek hebben geoptimaliseerd om op een veilige manier kracht te verzenden op langere afstanden door gebruik te maken van lasers.
De techniek zou ook het grote voordeel hebben dat apparaten zich niet in een laadstation moeten bevinden. “De gedistribueerde laserlading maakt zelfuitlijning zonder volgprocessen mogelijk, zolang de zender en ontvanger zich in elkaars gezichtsveld bevinden”, vertelt Jinyong Ha, een van de auteurs van de studie, aan Sciencedaily. Ha zegt ook dat, als een persoon of object die zichtlijn zou blokkeren, het apparaat automatisch zou overschakelen naar een lage stroomleveringsmodus, waardoor de techniek veilig zou zijn.
Gedistribueerde laserlading
De techniek die de wetenschappers gebruiken, het zogenaamde gedistribueerde laserladen, werkt anders dan lasers die doorgaans bekend zijn. Gewone lasers maken gebruik van een zogenaamde trilholte, een ruimte die aan de binnenzijde reflecterend is voor een bepaalde golflengte licht en die bepaalde frequenties bevoordeelt, waardoor die gaan overheersen zodat een dunne lichtbundel gevormd kan worden.
Bij gedistribueerde laserlading werkt dat anders. De twee optische componenten die de trilholte vormen, worden daarbij niet in één apparaat geïntegreerd, maar worden gescheiden in een zender en een ontvanger. Wanneer de twee componenten zich binnen elkaars gezichtslijnen bevinden, vormen zij een trilholte op afstand, waardoor het systeem vermogen kan transporteren. Dat gebeurt bovendien op een golflengte van 1550 nm, waardoor het veilig zou zijn voor mensen. Zo zou het geen gevaar vormen voor menselijke ogen of de huid.
Het experiment
Om aan te tonen dat de technologie in de praktijk werkt, plaatsten de onderzoekers een zender en een ontvanger op 30 meter van elkaar. Zij slaagden erin om met het systeem zo’n 400 mW aan vermogen te verzenden. Een belangrijke kanttekening is echter dat dit geconverteerd werd naar slechts 85 mW aan elektrisch vermogen.
Ook toonden zij tijdens het experiment aan dat de technologie automatisch overschakelt naar een veilige modus wanneer de zichtlijn wordt onderbroken. De lichtstraal die door de zender wordt verstuurd in die staat is van dergelijk lage intensiteit dat het geen risico vormt voor mensen, aldus de wetenschappers.
Nu zij een eerste demonstratie hebben voltooid, hopen zij nu de technologie praktischer te maken voor dagelijks gebruik. Er is immers nog veel werk aan de winkel: het systeem kan momenteel maar één apparaat tegelijkertijd opladen en er is bovendien nog een groot verlies bij het converteren naar elektrisch vermogen.
(jvdh)
