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Technik

Kabellos laden dank fundamentaler Symmetrie

Ein exotischer physikalischer Effekt könnte bald elektronische Geräte auf Distanz mit Strom versorgen.
Ein Mobiltelefon mit roter Ladeanzeige, an das eine Hand gerade das Ladekabel anschließt.

Im Alltag bekommen tragbare elektronische Geräte immer größere Bedeutung, ein Problem solcher Wearables aber ist bis heute nicht gelöst: Im falschen Moment ist immer der Akku leer – und das Gerät muss an ein Ladekabel gehängt werden. Abhilfe versprechen Verfahren, die Energie berührungsfrei mit Hilfe von Magnetspulen übertragen. Leider ist das Verfahren sehr empfindlich: Wenn man die Spulen nicht in der richtigen Orientierung und Entfernung zueinander aufstellt, wird die Energieübertragung sehr schnell ineffektiv. Man kann die Geräte also ohne Kabel aufladen, gewinnt aber dadurch keine Bewegungsfreiheit. In "Nature" hat eine Gruppe um Shanhui Fan von der Stanford University nun eine Methode vorgestellt, die diese Beschränkung umgeht. Wie das Team berichtet, überträgt das neue Verfahren Energie in einem Raumbereich mit einem Radius von 70 Zentimetern mit maximaler Effizienz.

Der Trick basiert auf einer speziellen Symmetrie, die bisher nur in der physikalischen Grundlagenforschung eine Rolle spielte. Fan und sein Team modifizierten das Sender-Empfänger-System so, dass der gesamte Schaltkreis der PT-Symmetrie gehorcht, die Naturgesetze also genauso gelten, wenn man das System spiegelt und gleichzeitig die Zeitrichtung umkehrt.

Solche Systeme haben eine Reihe kurioser Eigenschaften, die erst seit kurzer Zeit erforscht werden. Unter anderem führt die Symmetrie dazu, dass sich die Abhängigkeit der Übertragungseffizienz von der genauen Orientierung der Spulen zueinander aus den Gleichungen für eine starke Kopplung herauskürzt. Die Theorie sagte voraus: Innerhalb des Gültigkeitsbereichs wird immer die maximale Energie übertragen. Das bewahrheitete sich in den Experimenten der Arbeitsgruppe – das System aus Sender und Empfänger stellt seine Resonanzfrequenz völlig selbsttätig auf den für die jeweilige Entfernung optimalen Wert ein.

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