Erste Nutzung von Metamaterialien 14.11.2013, 12:13 Uhr

Mobilfunknetz lädt Akkus auf und lässt Dioden leuchten

Sie sind fast überall: Elektromagnetische Wellen erfüllen Büros und Privaträume, verbinden Computer und Telefone mit dem Internet, übertragen den Lieblingssender und die Lieblingssendung. Jetzt haben US-Forscher ein Gerät entwickelt, dass diese Wellen in Strom umwandeln kann, um zum Beispiel Akkus von Smartphones aufzuladen.

Die Studenten Alexander Katko (l.) und Allen Hawkes von der Duke University in North Carolina zeigen ihre "Erntemaschine", die elektromatische Wellen in einem Raum einfängt und in Strom umwandelt. Dieser Strom speist in der Versuchsanlage eine grüne Diode.

Die Studenten Alexander Katko (l.) und Allen Hawkes von der Duke University in North Carolina zeigen ihre "Erntemaschine", die elektromatische Wellen in einem Raum einfängt und in Strom umwandelt. Dieser Strom speist in der Versuchsanlage eine grüne Diode.

Foto: Duke University

Das Gespräch ist beendet. Umgehend beginnt das Smartphone völlig selbstständig, seinen Akku aufzuladen, ganz ohne Kabel. Es zapft einfach elektromagnetische Wellen an, die Sendeantennen oder der heimische Router im gesamten Raum verteilen. Forscher der Duke University in Durham im US-Bundesstaat North Carolina haben ein solches Gerät entwickelt, das im Augenblick allerdings noch weitaus größer ist als ein komplettes Mobiltelefon.

Strom genügt für Akkuladung und Leuchtdioden

Die Mikrowellen-Erntemaschine besteht aus sogenannten Metamaterialien, das sind Werkstoffe, die zum einen elektrisch und magnetisch wirksam sind, zum anderen eine spezielle Struktur haben. Diese Struktur ist mikroskopisch klein, hat aber eine große Wirkung. Sie verändern elektromagnetische Felder, wenn sie von ihnen durchdrungen werden.

Metamaterial: Diese Platten fangen elektromagnetische Wellen ein und wandeln sie in Strom um, mit dem man zum Beispiel den Akku eines Smartphones aufladen kann. Dieses Testmodul erzeugt 7,3 Volt.

Metamaterial: Diese Platten fangen elektromagnetische Wellen ein und wandeln sie in Strom um, mit dem man zum Beispiel den Akku eines Smartphones aufladen kann. Dieses Testmodul erzeugt 7,3 Volt.

Quelle: Duke University

Steven Cummer, Professor für Computer- und Elektrotechnik an der Duke University, der das Forscherteam leitet, hat noch mehr geschafft. Sein Metamaterial fängt elektromagnetische Wellen ein. Mit Hilfe einer Schaltung, die 1913 in Zürich von Heinrich Greinacher erstmals vorgestellt wurde, gelang es ihm, die eingefangene Energie in Gleichstrom umzuwandeln. Zum Beweis, dass es funktioniert, betreibt er mit diesem Strom eine grüne Leuchtdiode. Genauso gut kann damit auch der Akku eines kleinen Elektrogeräts aufgeladen werden.

Anfangs wandelte der Mikrowellenernter weniger als zehn Prozent der Energie der Wellen von Satelliten, Routern und Sendeanlagen um, die zur Verfügung stand. Mit einem neuen Design sind es jetzt stolze 37 Prozent.

Funkstille im „Windschatten“ der Wellenernter

Cummers Gerät gehört zu den ersten, die Metamaterialien praktisch nutzbar machen. Bisher sind sie vor allem ein Forschungsobjekt. „Wir zeigen, dass diese Materialien auch für Konsumentenanwendungen nützlich sein können“, sagt Alexander Klatko, der zu Cummers Team gehört.

Das glauben auch Forscher der Universität Tokio. Sie arbeiten an Metamaterialien, die elektromagnetische Wellen einfangen, um Kleingeräte in der Küche mit Strom zu versorgen, etwa Uhren und Displays.

Welche Folgen eine massenhafte Anwendung derartiger Wellensammler hat ist noch ungeklärt. Möglicherweise kann man in deren „Windschatten“ nicht mehr mobil telefonieren oder im Internet surfen, weil die elektromagnetischen Wellen, die die Verbindung ins Netz sicherstellen, einfach verschluckt werden. Mag sein, dass auch Geheimdienste Interesse an dieser Technik haben.

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