15 november 2006
De wirwar aan kabels met allerlei stekkers om alle electronische gadgets van vandaag de dag op te laden en de onmogelijkheid om zonder die 'wirwar' lang door te werken zou wel eens tot het verleden kunnen gaan behoren, tenminste … als we Marin Soljacic moeten geloven. Onderzoekers onder zijn leiding hebben een relatief simpel systeem beschreven dat energie zou kunnen leveren aan apparaten als een laptop of een MP3- speler zonder gebruik te maken van allerlei draden. Het concept maakt gebruik van al eeuwenoude natuurkundige kennis en kan werken over afstanden van (nu) enkele meters. Hoewel de onderzoekers nog geen systeem hebben gebouwd suggereren computermodellen en wiskundige berekeningen dat het moet kunnen werken. 'There are so many automatic devices such as cell phones and laptops that have emerged in the last few years', zo zegt Soljacic, Assistent Professor aan het Massachusetts Institute of Technology. 'We started thinking, “it would really be convenient if you didn't have to recharge these things”. And because we're physicists we asked, what kind of physical phenomenon can we use to do this wireless energy transfer'.
Het antwoord dat door het onderzoeksteam werd bedacht: resonantie, een fenomeen dat een object laat vibreren als energie op een bepaalde frequentie wordt gebruikt. 'When you have two resonant objects of the same frequency they tend to couple very strongly, zo stelt Soljacic. Resonantie kan bij muziekinstrumenten worden vastgesteld. 'When you play a tune on one, then another instrument with the same acoustic resonance will pick up that tune, it will visibly vibrate', zo zegt hij. In plaats uiteraard van akoestische vibraties, gebruikt het systeem van het onderzoeksteam electromagnetische golven. Electromagnetische straling kent onder andere radiogolven en infrarood. Normaal gesproken zijn systemen die electromagnetische straling gebruiken, zoals radio antennes, niet echt geschikt om op een efficiënte manier energie over te dragen, omdat zij energie verspreiden in alle richtingen, waarbij veel energie verloren gaat. To overcome this problem, we investigated a special class of non-radiative objects with so-called long-lived resonances. When energy is applied to these objects it remains bound to them, rather than escaping to space. Tails of energy, which can be many metres long, flicker over the surface. If you bring another resonant object with the same frequency close enough to these tails then it turns out that the energy can tunnel from one object to another', zo zegt Soljacic. Zo zou dus een eenvoudige koperen antenne ontwikkeld om een langlevende resonantie te hebben energie kunnen overdragen naar een laptop, met een eigen antenne die resoneert op dezelfde frequentie als de zender. Op die manier zou een computer dus volledig draadloos kunne functioneren. Het door Soljacic en zijn collega's bescheven systeem zou in staat zijn energie over te dragen op een afstand van drie tot vijf meter. 'This would work in a room but you could adapt it to work in a factory', zo zei hij. 'You could also scale it down to the microscopic or nanoscopic world'. Soljacic en zijn team zijn niet de eerste natuurkundigen die draadloze energie-overdracht voorstellen. De negentiende eeuwse natuurkundige en ingenieur Nikola Tesla experimenteerde met draadloze energie-overdracht over grote afstanden, maar zijn meest ambitieuze experiment (het 29 meter hoge Wardenclyffe Tower in New York) mislukte door gebrek aan geld. James Hay, een van de grondleggers van Splashpower, een Brits bedrijf dat veel investeert in draadloze manieren om batterijen te laden, stelt dat het werk van het MIT is 'clearly at an early stage, but interesting for the future. Consumers desire a simple universal solution that frees them from the hassles of plug-in chargers and adaptors. Wireless power technology has the potential to deliver on all of these needs'. Hay zegt echter dat overdragen van energie slechts een deel van de oplossing is. 'There are a number of other aspects that need to be addressed to ensure efficient conversion of power to a form useful to input to devices'. Soljacic presenteerde zijn onderzoek op het Industrial Physics Forum van het American Institute of Physics in San Francisco op 14 November. Het onderzoek werd uitgevoerd samen met zijn collega's Aristeidis Karalis en John Joannopoulos. Het onderzoek wordt gefinancierd door het Materials Research Science and Engineering Center-programma van de National Science Foundation.
