Am 21. veröffentlichte Golem, eine Website für Technologienachrichten, einen Blogbeitrag, in dem berichtet wurde, dass ein Team des Tokyo Institute of Science einen technologischen Durchbruch erzielt hat, indem es erstmals erfolgreich LED-Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt und damit eine drahtlose Stromversorgung ohne Batterien oder Kabel realisiert hat.
Dem Bericht zufolge gehört diese Technologie zum Bereich der optischen drahtlosen Energieübertragung (OWPT). Ihr Grundprinzip besteht darin, elektrische Energie in Lichtenergie umzuwandeln, die dann von einem Photovoltaik-Empfänger wieder in elektrische Energie zurückgewandelt wird. Im Gegensatz zu bisherigen laserbasierten Lösungen nutzt diese neue Technologie Hochleistungs-LEDs und bietet damit einen vielversprechenden Ansatz zur Stromversorgung von Geräten in Innenräumen.
Die Hauptvorteile dieser Technologie liegen in ihrer hohen Sicherheit und den geringen Kosten. In Innenräumen mit einer hohen Dichte an IoT-Geräten müssen drahtlose Energieübertragungssysteme strenge Sicherheitsvorschriften einhalten, um Schäden an Augen und Haut zu vermeiden.
Herkömmliche Laserlösungen können aufgrund ihrer hohen Energiedichte diese Anforderungen nicht erfüllen, während LED-basierte Technologie von Natur aus sicherer ist. Das Forschungsteam hebt hervor, dass diese Eigenschaft sie ideal für den Aufbau einer nachhaltigen Infrastruktur für IoT-Geräte in Innenräumen macht und die gleichzeitige, unterbrechungsfreie Stromversorgung mehrerer Ziele mithilfe von KI-Bilderkennung ermöglicht.
Um Energieverluste und Leistungsschwankungen bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen während der drahtlosen LED-Energieübertragung über große Entfernungen zu überwinden, entwickelte das Forschungsteam ein adaptives Dual-Mode-System, das sich automatisch an helle und dunkle Innenräume anpassen kann.
Der Schlüssel zu diesem System liegt in einem adaptiven Optiksystem, bestehend aus einer abstimmbaren Flüssigkeitslinse und einer Abbildungslinse. Dieses System passt die Strahlgröße automatisch an die Entfernung und Größe des Empfängers an und gewährleistet so eine optimale Energieübertragungseffizienz.
Für eine präzise Strahlpositionierung integriert das System eine Tiefenkamera und einen verstellbaren, von einem Schrittmotor gesteuerten Reflektor. Der RGB-Sensor der Tiefenkamera ermittelt die Position des Photovoltaik-Empfängers, während der Infrarotsensor den Beleuchtungspunkt des Strahls lokalisiert.
Darüber hinaus brachten die Forscher eine retroreflektierende Folie am Rand des Empfängers an, die das Infrarotlicht der Tiefenkamera reflektiert. Dies ermöglicht eine klare Konturierung des Empfängers auch in völliger Dunkelheit und gewährleistet so einen stabilen Betrieb des Systems rund um die Uhr.
Das Forschungsteam führte zudem ein auf dem SSD-Algorithmus basierendes Convolutional Neural Network (CNN) ein, wodurch die Genauigkeit der Zielerkennung deutlich verbessert wurde. Im Experiment demonstrierte das System einen reibungslosen Betrieb sowohl in hellen als auch in dunklen Umgebungen und erreichte eine effiziente und stabile Energieübertragung über eine Distanz von bis zu 5 Metern. Laut Forschungsbericht weist der im System verwendete LED-Chip einen Strahlungsfluss von 1,53 Watt auf.