Es sieht zunächst unspektakulär aus: eine Wanne mit Sand und ein kleiner Rover. Doch als der Ingenieur das kleine Gefährt auf den Sand setzt, fährt dieses – wie von Geisterhand bewegt – los. Schauplatz dieser Vorführung ist das Tokioter Forschungszentrum des japanischen Telekommunikationskonzerns NTT. Für eine Technikmesse haben Forscher:innen dort ein kleines Stück Mond nachgebaut. Und in diesem Modell bewegt sich der Rover jetzt voran. Aber wie funktioniert das ohne sichtbare Energiequelle?

Hinter der Fahrt steht eine innovative Technologie zur drahtlosen und kontinuierlichen Energieübertragung über Oberflächen wie Sand, die die elektrische Fortbewegung revolutionieren könnte: Bisherige Technologien wie die schnurlosen Ladegeräte von Handys nutzen magnetische Resonanz. Auch Fahrzeugbatterien ließen sich so laden, wenn man nur genug der notwendigen Spulen in Straßen oder Parkplätzen verbaut.

Das Problem: Die Kosten wären sehr hoch, teure Batterien weiter notwendig. Zudem funktioniert die Übertragung am besten im Stehen. NTT nutzt dagegen elektrische Feldresonanz und Oberflächenwellenübertragung. Anstelle von Spulen verwendet das System Elektroden und eine elektrische Feldkopplung durch eine speziell entwickelte elektrische Feldantenne, erklärt der Ingenieur auf der NTT-Technikmesse im November.

So funktioniert das System: Auf einer Oberfläche – in diesem Fall Sand – wird ein elektrisches Feld erzeugt. Wenn ein mit den entsprechenden Empfängern ausgestatteter Roboter auf diese energiegeladene Oberfläche gestellt wird, kann er zum Betrieb direkt Strom aus dem Sand ziehen.

Ein entscheidendes Merkmal dieser Technologie ist, dass die Energie nur auf der Oberfläche selbst vorhanden ist – wenn der Roboter auch bloß geringfügig von der Oberfläche abhebt, wird die Energieübertragung unterbrochen.

Die Technologie nutzt relativ kompakte Antennenkonfigurationen, erklärt der NTT-Ingenieur. Ohne ein Übertragungsmedium wie Sand müssten Geräte direkt auf der Antenne platziert werden, da elektrische Nahfelder keine großen Entfernungen zurücklegen können. Die Übertragungsreichweite kann jedoch durch die Verwendung dielektrischer Materialien als Strom führende Medien erheblich verlängert werden.

Dielektrische Materialien sind solche, die schlecht Strom leiten, aber Strom speichern können, wenn sie mit einem elektrischen Feld polarisiert werden. Zwischen der Übertragungsreichweite und den Materialeigenschaften besteht ein direkter Zusammenhang: je höher die Dielektrizitätskonstante des Materials, desto größer die mögliche Übertragungsreichweite. NTT konnte nach eigenen Angaben bei Sand Energie über mehrere Meter übertragen.

Für Anwendungen auf dem Mond entwickelt NTT eine spezielle Technologie zur Verbesserung der Dielektrizitätskonstante durch Erhitzen von Mondsand. So will der Konzern gewissermaßen elektrisch geladene Straßen auf der Mondoberfläche schaffen, auf denen Rover und Roboter effizient mit Strom versorgt werden können.

„System auch für Elektroautos einsetzen“

Das Potenzial dieser Technologie geht allerdings über Weltraumanwendungen hinaus. „Wir können das System auch für Elektroautos einsetzen“, sagt der NTT-Manager. In diesem Fall könnten Straßen mit Antennen ausgestattet werden, um Elektrofahrzeuge während der Fahrt mit Strom zu versorgen.

Dieser Ansatz bietet theoretisch deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen magnetischen Systemen, die in erster Linie für die Punkt-zu-Punkt-Energieübertragung (zum Beispiel zum Laden stationärer Fahrzeuge) optimiert sind. Das elektrische Feldsystem von NTT ermöglicht eine Stromübertragung von der Leitung, der Straßenoberfläche, zum Punkt der Antenne im Auto.

Theoretisch würde ein derartiges System Elektroautos drastisch günstiger machen können, da sie keine oder kleinere Batterien benötigen würden. Allerdings ist noch längst nicht gesagt, dass sich diese Idee auch im Masseneinsatz verwirklichen lässt. Zu wichtigen Aspekten wie der Energieeffizienz und der möglichen Übertragungsmengen an Strom hat NTT noch keine Angaben parat.