Néhány évvel ezelőtt Aline Eid egy étteremben ült, és popcornt osztott Jimmy Hesterrel. Pedig nem csak nassoltak. Egy nehéz problémán tűnődtek. Hogyan tudtak kiaknázni a láthatatlan jelek erejét, amelyek adatokat küldnek a mobiltelefonokra, számítógépekre és más eszközökre?

Ha ezt sikerül kezelniük, az emberek egy napon akkumulátorok vagy vezetékek nélkül is működtethetik elektronikájukat. Ahogy ötleteltek, egy ötlet alakult ki. Ez az elképzelés mára valósággá vált.

Innovációjuk szíve egy különleges szerkentyű. Segít összegyűjteni a mobiltelefon-tornyok által küldött vezeték nélküli jeleket. A Rotman lencsének nevezett eszköz kicsit hasonlít egy lapos fém pókra. „Nagyon izgatottak voltunk. Tudtam, hogy menni fog” – emlékszik vissza Eid. Villamosmérnöki doktorandusz hallgató az atlantai Georgia Institute of Technology-ban.

Hester az Atheraxon technológiai vállalat társalapítója. Atlantában is van. Ő és Eid megosztották az ötletet professzorukkal, Manos M. Tentzerissel. „Ez áttörő megoldás volt” – mondja Tentzeris. Hárman ismertették új készüléküket január 12-én a Scientific Reports-ban.

A vezeték nélküli energia kitermelése nem működik jól nagy távolságokon. Probléma, hogy Hina Tabassum villamosmérnök is jól tudja. A Torontói York Egyetemen, Kanadában is dolgozik ezen a problémán.

A rádióhullámok és a mikrohullámok adatokat hordoznak a mobiltelefon-tornyokról a telefonunkra és más eszközökre. Az egyes tornyok által lefedett területet cellának nevezik. A mobiltelefonja felveszi a kapcsolatot a legközelebbi toronnyal adatcsere céljából. Az első mobilhálózatok rádióhullámokat használtak adatok küldésére és fogadására. Az újabb 5G hálózatok ma már magasabb frekvenciájú mikrohullámokat használnak. Ezek a hullámok több adatot képesek szállítani és gyorsabban továbbítani. Bár ez energiát takaríthat meg, ezek a hullámok nem érnek el olyan messzire. Ez azért van, mert az épületek és más tárgyak blokkolják őket. A légkörben lévő nedvesség magába szívja őket, és csökkenti erejüket, minél messzebbre utaznak.

Amikor az energiahullámok átmossák a telefont vagy más eszközt, leadják az adatokat, majd folytatják útjukat. Az az energia, amelyet ezeknek az adatoknak a hordozására használtak, most nem használ. Ez pazarlás, mondja Tentzeris – hacsak az új eszköz nem alakítja át elektromos árammá.

Ez az energiakihasználás az elektromágneses spektrumban lehetséges. De „nem kaphat sok energiát az alacsony frekvenciákból” – mondja Eid. A milliméteres hatótávolságú 5G azért izgalmas, mert a cella tornyok sokkal több energiát használnak fel ezeknek a magas frekvenciáknak a felrobbantásához. Tehát egy betakarító antenna több áramot tud kihozni ezekből a jelekből.

Egy tipikus 5G torony mikrohullámú jeleket küld 180 méteren (590 láb). Ahhoz, hogy energiát gyűjtsenek a távolság széléről, a vevőantennának pontosan ugyanabba az irányba kell mutatnia, ahonnan a hullámok érkeznek. Mégis, hogy praktikus legyen, jegyzi meg Eid, az 5G energiát használó kombájnnak az 5G cellán belül bárhonnan működnie kell, és nem számít, hogy a vevő milyen irányba mutat. Eid és Hester azon töprengett, hogyan nyerhet energiát ilyen távolságból és sokféle irányból.

Megoldották a problémát azzal a Rotman objektívvel. Ezek már régóta léteznek. De a mérnökök csak jelek küldésére használták őket, nem pedig vételre. A Tabassum azt mondja, hogy ezeket vevőként használni „minden bizonnyal új technológia”.

Az objektív kicsit hasonlít egy lapított fém tarantellára. A pókos „lábak” a központi test két oldaláról nyúlnak ki. Az egyik oldalon ezek a lábak nyolc kis antennához vezetnek. A másik oldalon hat sugárnyíláshoz vezetnek. Az antennák elkapják a mikrohullámokat, és egyetlen pontra fókuszálják ezeket a sugárnyílások egyikén – attól függően, hogy melyik áll a legjobban a bejövő hullámok irányával. A készülék másik része a kapott mikrohullámokat elektromos árammá alakítja.

A hat sugárnyílás olyan, mint hat a nyolc szem közül egy valódi tarantella fején. Velük Eid azt mondja: „a rendszerünk hat különböző irányba is nézhet”.

A kutatók 2,8 méter (9 láb) távolságban tesztelték eszközüket a laborban. Nem tudták tesztelni ugyanazon nagy energiákkal, mint az 5G torony. De elegendő információt gyűjtöttek össze annak szimulálására, hogy az eszköznek a való világban hogyan kell működnie. Jelenleg 180 méteres magasságuk szerint ez az eszköz hat mikrowatt energiát képes leadni.

Tabassum attól tart, hogy ez a becslés túl magas lehet. Legfőbb aggodalma az, hogy olyan dolgok, mint az épületek, fák és emberek blokkolják a jeleket, korlátozva, hogy ennek az energiának mekkora része jut el egy eszközhöz.

Tentzeris szerint a csapata elszámolt ezzel. A Georgia Tech csapata most azt tervezi, hogy még hosszabb távolságokon teszteli az eszközt.