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Wissenschaftler haben eine entwickeltkabellose Ladekammerdas jedes Laptop, Tablet oder Mobiltelefon über die Luft mit Strom versorgen kann, ohne dass Stecker oder Kabel erforderlich sind.
Das Team der Universität Tokio sagte, die neue Technik beinhalte die Erzeugung von Magnetfeldern über größere Entfernungen, ohne dass elektrische Felder entstehen, die für Personen oder Tiere im Raum schädlich sein könnten.
Das System, das in einem Raum getestet wurde, aber noch in den Kinderschuhen steckt, kann bis zu 50 Watt Leistung liefern, ohne die aktuellen Richtlinien für die Exposition von Menschen gegenüber Magnetfeldern zu überschreiten, erklärten die Autoren der Studie.
Damit kann jedes Gerät mit einer Spule im Inneren aufgeladen werden, ähnlich dem System, das bei aktuellen kabellosen Ladepads verwendet wird – jedoch ohne Ladepad.
Das Team sagte, dass dadurch nicht nur Bündel von Ladekabeln von Schreibtischen entfernt werden könnten, sondern auch mehr Geräte vollständig automatisiert werden könnten, ohne dass Anschlüsse, Stecker oder Kabel erforderlich wären.
Das Team sagte, dass das aktuelle System einen Magnetpol in der Mitte des Raums enthält, damit das Magnetfeld „jede Ecke erreichen“ kann, aber ohne diesen funktioniert, da ein Kompromiss ein „toter Punkt“ ist, an dem kabelloses Laden nicht möglich ist.
Die Forscher gaben nicht bekannt, wie viel die Technologie kosten würde, da sie sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet und noch „Jahre“ von der Verfügbarkeit für die Öffentlichkeit entfernt ist.
Wenn es jedoch möglich ist, ein bestehendes Gebäude nachzurüsten oder in ein völlig neues Gebäude zu integrieren, mit oder ohne zentralen Leitmast.
Die Technologie ermöglicht das Aufladen jedes elektronischen Geräts – etwa eines Telefons, eines Ventilators oder sogar einer Lampe – ohne Kabel, und wie in diesem von der Universität Tokio geschaffenen Raum zu sehen ist, beweist sie, dass sie funktioniert. Unsichtbar ist die Zentrale Pol, der dazu dient, die Ausdehnung des Magnetfeldes zu vergrößern
Das System umfasst einen Pfosten in der Mitte des Raums, um „Lücken zu füllen, die nicht von Wandkondensatoren abgedeckt werden“. Die Autoren sagen jedoch, dass es wie gezeigt auch ohne den Pfosten funktionieren würde, aber zu einem toten Punkt führen würde, an dem das Laden nicht möglich wäre arbeiten
In den Wandhohlräumen jeder Wand rund um den Raum werden konzentrierte Kondensatoren angebracht, die das thermische System trennen sollen.
Dies verringert die Gefahr für Mensch und Tier im Weltraum, da elektrische Felder biologisches Fleisch erhitzen können.
Im Raum ist eine zentrale leitfähige Elektrode installiert, die ein kreisförmiges Magnetfeld erzeugt.
Da das Magnetfeld standardmäßig kreisförmig ist, kann es alle Lücken im Raum füllen, die nicht von Wandkondensatoren abgedeckt werden.
Geräte wie Mobiltelefone und Laptops verfügen im Inneren über Spulen, die mithilfe von Magnetfeldern aufgeladen werden können.
Das System kann 50 Watt Leistung bereitstellen, ohne dass eine Gefahr für Personen oder Tiere im Raum besteht.
Weitere Einsatzmöglichkeiten sind kleinere Versionen von Elektrowerkzeugen in Werkzeugkästen oder größere Versionen, die den Betrieb ganzer Anlagen ohne Kabel ermöglichen.
„Das steigert die Leistungsfähigkeit der Welt des allgegenwärtigen Computings wirklich – Sie können Ihren Computer überall aufstellen, ohne sich Gedanken über das Aufladen oder Anschließen machen zu müssen“, sagte Alanson Sample, Co-Autor der Studie von der University of Michigan.
Laut Sample gibt es auch klinische Anwendungen. Herzimplantate benötigen derzeit einen Draht von einer Pumpe, der durch den Körper und in eine Steckdose geführt wird.
„Dadurch könnte dieser Zustand beseitigt werden“, sagten die Autoren und fügten hinzu, dass das Infektionsrisiko durch den vollständigen Verzicht auf Drähte verringert würde, „das Infektionsrisiko verringert und die Lebensqualität des Patienten verbessert würde.“
Das kabellose Laden hat sich als umstritten erwiesen. Eine aktuelle Studie ergab, dass die Art der in einigen Apple-Produkten verwendeten Magnete und Spulen Herzschrittmacher und ähnliche Geräte abschalten könnte.
„Unsere Studien, die auf statische Hohlraumresonanzen abzielen, verwenden keine Permanentmagnete und werfen daher nicht die gleichen Gesundheits- und Sicherheitsbedenken auf“, sagte er.
„Stattdessen verwenden wir niederfrequente oszillierende Magnetfelder, um Elektrizität drahtlos zu übertragen, und die Form und Struktur der Hohlraumresonatoren ermöglicht es uns, diese Felder zu steuern und zu lenken.
„Wir sind ermutigt, dass unsere erste Sicherheitsanalyse gezeigt hat, dass Nutzenergie sicher und effizient übertragen werden kann. Wir werden diese Technologie weiterhin erforschen und weiterentwickeln, um alle gesetzlichen Sicherheitsstandards zu erfüllen oder zu übertreffen.
Um das neue System zu demonstrieren, installierten sie eine einzigartige drahtlose Ladeinfrastruktur in einer speziell gebauten 10 Fuß mal 10 Fuß großen „Testkammer“ aus Aluminium.
Anschließend betreiben sie damit Lichter, Ventilatoren und Mobiltelefone und beziehen Strom von überall im Raum, unabhängig davon, wo sich Möbel oder Personen befinden.
Die Forscher sagen, dass das System eine deutliche Verbesserung gegenüber früheren Versuchen des kabellosen Ladens darstellt, bei denen potenziell schädliche Mikrowellenstrahlung zum Einsatz kam oder das Gerät auf einer speziellen Ladestation platziert werden musste.
Stattdessen werden leitfähige Oberflächen und Elektroden an den Wänden des Raums verwendet, um ein Magnetfeld zu erzeugen, auf das Geräte zugreifen können, wenn sie Strom benötigen.
Geräte nutzen Magnetfelder durch Spulen, die in elektronische Geräte wie Mobiltelefone integriert werden können.
Die Forscher sagen, dass das System problemlos auf größere Strukturen wie Fabriken oder Lagerhallen skaliert werden kann und gleichzeitig die bestehenden Sicherheitsrichtlinien der US-amerikanischen Federal Communications Commission (FCC) zur Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern erfüllt.
„So etwas lässt sich am einfachsten in Neubauten umsetzen, aber ich denke, dass auch Nachrüstungen möglich sind“, sagte Takuya Sasatani, Forscher an der Universität Tokio und korrespondierender Autor der Studie.
„Einige Gewerbegebäude verfügen beispielsweise bereits über Metallstützstangen und es sollte möglich sein, eine leitfähige Oberfläche auf die Wände zu sprühen, was der Herstellung strukturierter Decken ähneln könnte.“
Die Autoren der Studie erklären, dass das System bis zu 50 Watt Leistung liefern kann, ohne die FCC-Richtlinien für die Exposition von Menschen gegenüber Magnetfeldern zu überschreiten
Die Autoren der Studie erklären, dass das System bis zu 50 Watt Leistung liefern kann, ohne die FCC-Richtlinien für die Exposition von Menschen gegenüber Magnetfeldern zu überschreiten
Das Magnetfeld beschreibt, wie sich die magnetische Kraft in der Umgebung eines magnetischen Objekts verteilt.
Es umfasst die Wirkung des Magnetismus auf mobile Ladungen, Ströme und magnetische Materialien.
Die Erde erzeugt ein eigenes Magnetfeld, das dazu beiträgt, die Oberfläche vor schädlicher Sonnenstrahlung zu schützen.
Der Schlüssel zum Funktionieren des Systems liegt laut Sample darin, eine Resonanzstruktur zu schaffen, die ein raumgroßes Magnetfeld liefern und gleichzeitig schädliche elektrische Felder eindämmen kann, die biologisches Gewebe erhitzen können.
Die Lösung des Teams verwendet ein Gerät, das als konzentrierter Kondensator bezeichnet wird und zu einem konzentrierten Kapazitätsmodell passt – bei dem das thermische System auf diskrete Klumpen reduziert wird.
Temperaturunterschiede innerhalb jedes Blocks sind vernachlässigbar und werden bereits häufig in Gebäudeklimatisierungssystemen genutzt.
In Wandhohlräumen platzierte Kondensatoren erzeugen ein Magnetfeld, das im Raum schwingt und gleichzeitig das elektrische Feld im Kondensator selbst einfängt.
Dadurch werden die Einschränkungen früherer drahtloser Energiesysteme überwunden, die darauf beschränkt waren, große Strommengen über winzige Entfernungen von wenigen Millimetern oder sehr kleine Mengen über große Entfernungen zu liefern, was für Menschen schädlich sein könnte.
Das Team musste außerdem einen Weg finden, um sicherzustellen, dass das Magnetfeld jede Ecke des Raums erreicht und so alle „toten Punkte“ beseitigt werden, die möglicherweise nicht aufgeladen werden könnten.
Magnetfelder neigen dazu, sich in kreisförmigen Mustern auszubreiten, was in quadratischen Räumen zu toten Stellen führt und eine genaue Ausrichtung auf die Spulen im Gerät erschwert.
„Mit einer Spule Energie aus der Luft zu ziehen, ähnelt dem Fangen von Schmetterlingen mit einem Netz“, sagte Sample und fügte hinzu, dass der Trick darin bestehe, „so viele Schmetterlinge wie möglich dazu zu bringen, sich in so viele Richtungen wie möglich im Raum zu drehen.“
Indem Sie mehrere Schmetterlinge haben, oder in diesem Fall mehrere Magnetfelder, die interagieren, egal wo sich das Netz befindet oder in welche Richtung es zeigt – Sie werden das Ziel treffen.
Einer umkreist den zentralen Pol des Raumes, während der andere in den Ecken herumwirbelt und sich zwischen angrenzenden Wänden hindurchschlängelt.
Damit kann jedes Gerät mit einer Spule im Inneren aufgeladen werden, ähnlich wie bei aktuellen kabellosen Ladepads – allerdings ohne Ladepad
Die Forscher sagten nicht, wie viel die Technologie kosten könnte, da sie sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, aber sie „wird Jahre dauern“ und könnte in bestehende Gebäude nachgerüstet oder in völlig neue Gebäude integriert werden, sobald sie verfügbar ist
Laut Sample eliminiert dieser Ansatz tote Stellen und ermöglicht es den Geräten, Strom von überall im Weltraum zu beziehen.