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Internet der Dinge Strom aus 5G-Strahlen: Forscher beweisen, dass die Mobilfunkwellen als Energiequelle nutzbar sind

Ausbaufähiges 5G Netz
Smartphones werden sich nicht mit der neuen Technologie aufladen lassen
© Jakub Porzycki / Picture Alliance
Mit dem "Internet der Dinge" sollen immer mehr Geräte vernetzt werden. Nun haben Forscher der Universität von Georgia einen gewagten Vorschlag gemacht, wie diese mit Strom versorgt werden sollen: über 5G-Funk. Es ist nicht der erste Versuch der kabellosen Stromversorgung.

Der Kühlschrank, die Lichtschalter und die Sicherheits-Kamera: Smarte Haushaltsgegenstände lassen sich in immer mehr Wohnungen finden. Doch der wahre Durchbruch des Internets der Dinge steht noch aus. In Zukunft sollen selbst kleinste Sensoren mit dem Internet verbunden werden. Ein Problem dabei ist die Stromversorgung. Nun haben Forscher eine gewagte Idee realisiert: Sie gewinnen Strom direkt aus 5G-Strahlen.

Der Durchbruch gelang nun mit einer speziellen Antenne auf Basis einer sogenannten Rotman-Linse, berichten die Wissenschaftler des Georgia Institute of Technology in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift "Scientific Reports". Sie fängt hochfrequente elektromagnetische Wellen auf und kann sie dann in Gleichspannung umwandeln. Die Besonderheit: Es gelang ihnen erstmals, das mit Wellen im 28-GHz-Band umzusetzen. Und das ist eine der Wellenlängen, die für die Mobilfunk-Technologie 5G freigegeben sind.

Vorhandene Energie nutzen

Das bereits bekannte Prinzip dahinter nennt sich "Energy Harvesting", was sich mit Energie-Ernte übersetzen lässt. Die einfache Idee: In der Natur und unserer Umwelt wird immer wieder Energie freigesetzt, sei es durch Wärme, Vibrationen oder auch Luftströme. Gelingt es, diese Energie ähnlich wie bei der Wind- oder Solarenergie abzugreifen, kann sie direkt in einem Gerät verwertet werden. Man spricht von einem Nanogenerator.

Der Vorteil liegt auf der Hand: Geräte könnten Energie verbrauchen, ohne dass man sie mit Batterien oder einem Kabel extra damit versorgen müsste. Eines der bekanntesten und ältesten Beispiele des Energy Harvesting sind etwa Armbanduhren, die sich durch die Armbewegungen des Trägers selbst aufladen können und daher ohne Batteriewechsel auskommen.

Um die Energie aus der Strahlung nutzbar zu machen, haben sich die Forscher einen smarten Trick einfallen lassen: Ein Antennenset sammelt die Energie und fokussiert sie über die Linse in einen einzelnen Gleichrichter. Dadurch muss die Antenne nicht mehr in eine bestimmte Richtung ausgerichtet sein, erklärt Mitentwickler Jimmy Hester dem Portal "Science Daily". Auch die freie Sicht auf den Sendemast sei dadurch nicht mehr nötig. "Das macht sie deutlich alltagstauglicher."

Kleinst-Energie

Wer nun aber vom magisch über 5G geladenen Smartphone träumt, dürfte enttäuscht werden. Etwa 6 μW lassen sich bisher maximal auf 180 Meter Distanz zu einem Sendemasten erzeugen, erklären die Wissenschaftler. Das ist zwar immer noch erstaunlich viel Energie, wenn man bedenkt, dass die 5G-Technologie eigentlich nicht zur Stromübertragung gedacht ist. Es ist aber weit weniger, als man für den Betrieb auch nur kleinerer technologischer Geräte benötigt.

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Sinnvoll ließe sich der Betrieb vor allem bei kleinsten Chips nutzen, etwa Sensoren an Gebäuden oder Großmaschinen. Um die Anwendbarkeit zu testen, druckten die Forscher die aktuell noch etwa handtellergroßen Aufnahme-Flächen erfolgreich auf eine Vielzahl von Oberflächen, inklusive flexibler und fester Materialien. Sie gehen davon aus, dass die Technologie sich noch weiter schrumpfen und dann in Alltagsgegenständen verbauen lässt. 

Der Traum vom kabellosen Strom

Die Idee, Strom quasi über die Luft zu funken, ist nicht neu. Ein Stromversorger in Neuseeland plant etwa, in schwer zugänglichen Regionen auch größere Strommengen per Teslastrahl zu übertragen, statt aufwendig Überland-Masten bauen zu müssen. Gleich mehrere Smartphone-Hersteller stellten um den Jahreswechsel Technologien vor, mit denen sich Smartphones auch über mehrere Meter Entfernung und durch Hindernisse hindurch ohne Kabelkontakt aufladen ließen. Noch ist allerdings keine von ihnen marktreif. Selbst Autos sollen sich nach Plänen des Unternehmens WiTricity bald kabellos laden und nur über einer speziellen Matte im Boden parken.

Noch sind viele Fragen offen, das Laden funktioniert etwa nicht besonders schnell, es gibt noch keine Endgeräte dafür. Und um sich wirklich nur noch auf das Laden über Luft verlassen zu können, müsste erst die entsprechende Infrastruktur umgesetzt werden - weltweit. Auch die Frage, ob das System überhaupt zu einem realistischen Kosten-Nutzen-Verhältnis umsetzbar ist, ist längst nicht geklärt. 

Der große Vorteil des neuen Ansatzes gegenüber den bisherigen ist daher, dass dafür kein separat aufgebautes Netzwerk benötigt wird, sondern die Technik einfach zusätzliche Energie aus dem sich ohnehin im Aufbau befindlichen 5G-Netz mit nutzen soll. "5G wird irgendwann einfach überall sein, vor allem in Städten", erklärt der Wissenschaftler und Humboldt-Forschungspreis-Gewinner Emmanouil Manos Tentzeris gegenüber "Science Daily". "Man könnte so Millionen oder gar Dutzende Millionen von Batterien in smarten, kabellosen Sensoren ersetzen, speziell in smarten Städten oder in smarten Landwirtschaftsanlagen", ist er überzeugt.

Quellen: Science Daily, Nature, Washington Post


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