Antennen ersetzen Kabel

Forschung Kompakt / 1.8.2013

Kabelsalat ist eine nervige Sache – die Kabel stören das Auge und sind oft auch Stolperfallen. Neuartige Antennen sollen die Störenfriede nun ersetzen: In Tischen versteckt, versorgen sie elektronische Geräte mit Strom. Auch Daten kann der »Tisch« senden.

© Foto Fraunhofer ENAS

Diese Büroleuchten werden kabellos mit Energie versorgt.

Die schöne Designerlampe auf dem Tisch soll für eine angenehme Atmosphäre im Raum sorgen. Wenn nur das lästige Kabel nicht wäre – dann könnte man die Leuchte je nach Bedarf auch mal in der Mitte des Tisches platzieren. Künftig soll das möglich sein: Mit der Technologie SUPA Wireless, kurz für »Smart Universal Power Antenna«. Sie lässt die Stromleiter verschwinden – sei es bei Lampen, Laptops oder Smartphones. Forscher am Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS haben SUPA Wireless gemeinsam mit ihren Kollegen der Universität Paderborn und vier mittelständischen Technologiefirmen entwickelt. »Ohne Kabel können die Lampen überall auf dem Tisch stehen und wirken zudem ästhetischer«, sagt Dr. Christian Hedayat, Abteilungsleiter am ENAS in Paderborn.

Doch wenn Kabel und Batterie fehlen, wie wird die Lampe dann mit Strom versorgt? Das Prinzip ähnelt dem eines Induktionsherdes: Im Tisch ist ein Netz von Spulen untergebracht, die jeweils eine Sendeantenne repräsentieren. Fließt Strom durch diese Spulen, erzeugt dies ein Magnetfeld. Dieses wiederum lässt Strom in der Spule fließen, die in der Lampe angebracht ist: sie leuchtet. Allerdings soll die Lampe nicht nur an einem bestimmten Platz auf dem Tisch mit Strom versorgt werden, sondern auf der gesamten Fläche. Dies bedeutet jedoch auch, dass überall dort ein Magnetfeld erzeugt werden muss, wo Strom benötigt wird – sprich auf dem ganzen Tisch. Eine Möglichkeit wäre es, eine riesige Spule im Tisch unterzubringen – allerdings ist diese Lösung wenig praktikabel. Die Forscher haben sich daher für eine andere Variante entschieden: »Wir bestücken eine Platine mit zahlreichen Antennen. Deren Abstand ist so gewählt, dass nur unter der Empfangsfläche der Lampe ein Magnetfeld erzeugt wird – unabhängig davon, wo auf dem Tisch sie steht«, sagt Hedayat.

Kabellose Lampen Ende 2014 erhältlich


Damit die Strahlung nicht zu groß wird, haben die Forscher einen weitere, pfiffige Lösung parat. Es schalten sich jeweils nur diejenigen Antennen ein, die genau unter der Lampe angebracht sind. Alle anderen sind ausgeschaltet. Doch wie erkennt das System, wo die Lampe steht? »Dafür gibt es zwei Ansätze: einen physikalischen und einen numerischen«, verrät Hedayat. Der physikalische beruht darauf, dass die Antenne den Empfänger, also die Lampe, als Störung empfindet. Diese elektrische »Signatur« nutzen die Wissenschaftler. Am numerischen Ansatz arbeiten die Forscher momentan: die Antenne »spricht« quasi mit dem Empfänger, fragt nach seiner Identifikation und danach, ob er überhaupt berechtigt ist, Energie zu erhalten. Auch die Frage, wie viel Energie die Lampe benötigt, soll Thema der »Unterhaltung« sein. Um die Strahlung noch weiter zu reduzieren, haben die Forscher sie auf einen Übertragungsbereich von bis zu fünf Zentimetern über dem Tisch begrenzt. Das reicht, um gängige elektronische Geräte wie ein Handy oder ein Tablet-PC zu versorgen. Derzeit läuft die  letzte Entwicklungsphase an. Nun geht es darum, die Technologie zur Produktreife zu führen. Als eine erste Anwendung soll die Lampe inklusive der Platine Ende 2014 auf den Markt kommen, so das Ziel der Forscher. Die Platinen werden in verschieden- en Größen ausgeliefert, so dass Kunden sowohl kleine als auch große Tische nachrüsten können.

Mit dem System lassen sich jedoch nicht nur Lampen kabellos mit Energie versorgen, sondern auch Laptops oder Smartphones. Hier haben die Forscher zudem eine weitere Funktionalität eingebaut. »Wir senden nicht nur Energie, sondern auch Daten durch den Tisch«, sagt Hedayat. Auch in der Medizin kann SUPA Wireless gute Dienste leisten, etwa wenn es um die Energieversorgung von Implantaten geht. Ein Beispiel sind Drucksen- soren, die im Gehirn von Schlaganfallpatienten sitzen und Alarm schlagen, wenn der Hirndruck zu hoch wird. Bisher versorgten Batterien die Implantate. Waren sie leer, mussten sie operativ gewechselt werden. Die neue Technologie macht diese Eingriffe überflüssig – und den Patienten das Leben leichter.