Kan man flytta elektrisk ström från ett ställe till ett annat – utan tråd och utan att det blixtrar?

Vi laddar redan i dag upp elektriska tandborstar trådlöst genom induktion. Det finns inga kontaktytor av metall där strömmen överförs från laddare till tandborste. Allt är inkapslat, så hur mycket vatten vi än stänker i badrummet blir det inte kortslutning.

Men vi kan inte ladda upp eltandborsten på distans. Så snart vi tar upp den ur stället upphör laddningen. Det spelar inte så stor roll, tandborstning är en stationär syssla.

Men mobiltelefoner och annat bärbart har vi ju med oss hela tiden. Tänk om vi kunde ladda upp dem i farten.

Tänk om mobiltelefonen var uppladdad varje morgon, oavsett var du la den i går kväll. Tänk om kafét med trådlöst internet också laddade upp din bärbara dator medan du kollade e-posten.

Det är möjligt, anser en grupp forskare på Massachusetts Institute of Technology, ledda av Marin Soljacic.
Forskarna har demonstrerat sin teknik genom att få en 60-watts glödlampa att lysa med trådlös teknik.

Strömkällan stod två meter ifrån lampan. Mellan strömkällan och glödlampan fanns bara luft. Nej, inte bara luft. Forskarna placerade hinder emellan, men det gjorde ingen större skillnad.

Det låter som önsketänkande, men är värt att ta på allvar. Forskarnas experiment redovisas i den vetenskapliga tidskriften Science från den 7 juni.

Det bygger på elektriska fenomen som varit kända länge, men som tidigare inte har utnyttjats systematiskt på detta sätt.
Enligt artikeln i Science hamnar en rätt stor del av energin, 40 procent, där den ska, alltså i glödlampan. Marin Soljacic anser att verkningsgraden går att förbättra.

Många kommer naturligtvis att oroa sig för hälsorisker. Det uppstår magnetfält och elektromagnetisk strålning. Det blir dock mycket svagare elektromagnetisk strål­ning än med andra trådlösa tekniker.

Trådlös överföring av elektrisk kraft har varit en önskedröm sedan den serbisk-amerikanske uppfinnaren Nikola Teslas experiment för hundra år sedan.

Tesla lyckades överföra stora mängder elektrisk energi genom luften, men metoden påminde mest om blixtnedslag. Mycket av energin gick också förlorad i form av elektromagnetisk strålning.

Marin Soljacic hävdar att hans teknik begränsar den elektromagnetiska strålningen.

Typexemplet på elektromagnetisk strålning är radiovågor. Elektromagnetisk strålning överför energi, men det är en mycket ineffektiv metod. Det mesta försvinner i tomma intet. Koncentrerar man radiovågor, som med en strålkastare, kan den elektromagnetiska strålningen bli riskabel för folk och få, men energiöverföringen är fortfarande rätt dålig. Med strålkastarmodellen förlorar man dessutom rörligheten.
Och induktion, som i tandborst­uppladdaren, fungerar bara på mycket nära håll.

Knepet är resonans, närmare be­-stämt magnetisk resonans.
MIT-forskarna använder två exakt lika stora trådspolar. Skickar man växelström genom dem genererar de magnetfält med en viss frekvens.

Knepet är att välja en frekvens som passar spolarna, ungefär som när en gitarrsträng naturligt vibrerar med en viss frekvens.
Alla som är bekanta med musik känner igen parallella fenomen. En stämgaffel som vibrerar med tonen A kan få A-strängen på en fiol flera meter bort att vibrera. Det är bara A-strängen som tar upp energi, inget annat i rummet påverkas märkbart.

Man kan säga att resonansen gör att tongaffeln ”hittar” A-strängen.

Vibrationer kan få glas att spricka, trots att energimängden är liten. Det är som när man skjuter på någon som gungar, det behövs bara en liten knuff i rätt ögonblick, om och om igen, för att gungan ska svänga högre och högre.

Den magnetiska resonansen gör att spolarna hittar varandra på samma sätt som stämgaffeln och A-strängen.

Tekniken är alltså, inom ett mindre område, oberoende av plats. Hinder spelar inte heller någon större roll. En människa kan till exempel passera genom källan och mottagaren utan att energiöver­föringen försämras så mycket.

En stor del av energin från sändaren hamnar hos mottagaren, för närvarande ungefär 40 procent.

Svenska experter på elektricitetslära vill inte uttala sig innan de har studerat Soljacics artikel närmare. I den mån de är skeptiska gäller det främst teknikens tillämpbarhet.

På KTH i Stockholm arbetar forskare under professor Mark Smith med trådlös överföring av elektricitet, men med en annan teknik.

Praktisk tillämpning ligger i framtiden.

Till att börja med är de elektriska spolar som MIT-forskarna använde alldeles för stora – som hularingar. För att man ska kunna montera dem i mobiltelefoner måste de krympas till en enkronas storlek.

Men resonans fungerar även om spolarna inte är lika stora. Det räcker med att deras frekvens står i heltalsförhållande till varandra, till exempel 2:1.

En stämgaffel med ettstrukna A (440 hertz) kan få en stämgaffel stämd i tvåstrukna A (880 hertz) att vibrera.

Fakta

En grupp forskare på MIT, ledda av biträdande professor Marin Soljacic, har utvecklat en metod för att överföra elektrisk energi på flera meters håll genom luften.
Metoden, som kallas för icke-strålande energiöverföring, påminner om induktion. Den viktiga skillnaden i detta sammanhang är att Soljacics metod fungerar på mycket längre avstånd.
Man använder två spolar av koppartråd med samma egenfrekvens. När en ström passerar genom den ena av dem uppstår en ström i den andra. Fenomenet påminner om musikalisk resonans. Ljudet från en stämgaffel med tonen A kan får en annan stämgaffel, eller en fiolsträng stämd i A, att vibrera på flera meters håll, men andra föremål påverkas inte av tonen.