Hoe dring je met een signaal door een massief stalen omhulsel en kan je ook de sensor opladen? Een slimme student vond de oplossing. De mogelijkheden zijn legio: opladen zonder stroom bijvoorbeeld.
Tristan Lawry met zijn apparaat.
Elektronica, bijvoorbeeld een sensor, heeft energie nodig en moet informatie kunnen uitwisselen met andere elektronica. Om energie op te wekken zijn er de laatste tijd allerlei handige technieken bedacht – denk aan zonnepanelen, het aftappen van beweging en dergelijke – en als er geen draadverbinding mogelijk is, kan een draadloze verbinding soelaas bieden.
Heel aardig, maar wat doe je als je een draadloze verbinding door massief staal heen wilt, zoals de scheepswand van een zwaar oorlogsschip? Staal werkt als een kooi van Faraday. Elektrische en magnetische signalen dringen hier nauwelijks tot niet doorheen. Ook het overdragen van energie van de ene kant naar de andere kant van een stalen want is onbegonnen werk – of je moet het hele schip onder stroom zetten.
Goedkope oplossing
Tot nu toe loste de Amerikaanse marine dit probleem op door gaten door de scheepswand te boren. Uiteraard wordt hierdoor de wand verzwakt. Ook moet het complete schip maandenlang in een droogdok liggen. Een dure grap van al gauw enkele miljoenen. Dit werd zelfs het weinig spaarzame Amerikaanse leger te gortig. Kortom: tijd voor een slimme uitvinder. En die kwam er.
Ultrageluid
Tristan Lawry, een doctoraalstudent aan Rensselaer Polytechnic Institute heeft de oplossing bedacht. Hij demonstreerde een systeem dat gebruik maakt van ultrageluid, geluid met een zo hoge toon dat wij het niet meer kunnen horen. Ultrageluid heeft twee grote voordelen. De geluidsgolven zijn zo kortgolvig dat ze heel nauwkeurig te richten zijn. Ook kan er (vergeleken met hoorbaar geluid) heel veel informatie doorgezonden worden (de datasnelheid is ruwweg de frequentie). Deze techniek werkt zelfs door de dikke wand van slagschepen en onderzeeërs.
Piëzo-elektrische kristallen
Zenden en ontvangen gaat door middel van piëzo-elektrische kristallen. Als je een piëzo-elektrisch kristal indrukt, ontstaat er een hoge spanningspiek. Op die manier werkt de piëzo-elektrische gasaansteker. Omgekeerd verandert een piëzo-elektrisch kristal van vorm als je er spanning opzet. Met andere woorden: je kan ze gebruiken om geluid in elektriciteit om te zetten en andersom.
Geluid bevat naast een signaal, ook energie. Met andere woorden: deze techniek is erg handig om zowel elektronica op te laden als informatie door te geven.
Lawry is er in geslaagd met de techniek maar liefst vijftig watt vermogen en 12,4 megabit per seconde, de snelheid van breedbandinternet in de praktijk, via ultrageluid over te dragen door een massief stalen wand van meer dan zes centimeter dikte. Hij denkt dat met enkele wijzigingen het systeem zelfs een veelvoud van dit vermogen kan overdragen.
Dit systeem is erg interessant omdat het extreem veilig is. Je kan het in omgevingen toepassen waar elektriciteit of elektromagnetische velden absoluut uit den boze zijn. Wie weet werken onze stopcontacten of laadstations voor kleine apparaatjes straks wel met ultrageluid.
Bron:
Rensselaer/MIT
