Bildsensor nutzt Licht sowohl für die Aufnahme als auch zur Energiegerwinnung Kamera erzeugt ihren eigenen Strom - scinexx | Das Wissensmagazin
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Bildsensor nutzt Licht sowohl für die Aufnahme als auch zur Energiegerwinnung

Kamera erzeugt ihren eigenen Strom

Die Bildsensoren der Videokamera nutzen das Licht im Raum um daraus den nötigen Strom zu gewinnen. © Computer Vision Laboratory

Keine Batterie, keine Ladekabel, keine Solarpanel: US-Forscher haben eine Videokamera erfunden die sich selbst mit Energie versorgt. Die Bildsensoren der Kamera nutzen das Licht im Raum um daraus den nötigen Strom zu gewinnen. Solange genügend Licht zur Verfügung steht, kann die Kamera jede Sekunde ein Bild aufnehmen, für immer.

Das Herzstück einer jeden Digitalkamera ist der Bildsensor. Er wandelt alle optischen Signale in digitale Daten um. Alles Licht, das über das Objektiv und durch die Blende auf den Sensor fällt, wird von ihm erfasst und in elektronische Impulse umgewandelt. Jeder der Millionen Pixel dieses Sensors besteht aus einer Reihe von Transistoren und einer Fotodiode. In dieser generiert das einfallende Licht Ladung und damit Spannung. Je mehr Licht auf die Diode fällt, desto höher ist die erzeugte Spannung. Aus ihrer Stärke errechnet die Software der Kamera so die Helligkeit des Bildpixels.

Kamera und Solarmodul in einem

Shree Nayar von der Columbia University in New York und seine Kollegen haben sich diese Technik beim Entwurf ihrer energie-autarken Videokamera zu Nutze gemacht. Der 30×40-Pixel-Bildsensor der Prototyp-Kamera besteht aus handelsüblichen Komponenten, das Ganze ist in einem 3D-gedruckten Gehäuse untergebracht.

© Computer Vision Laboratory, Columbia Engineering

In dieser Kamera erzeugen die Fotodioden wie in einer normalen Kamera eine Spannung, sobald Licht auf sie fällt. Bei jeden Bildaufnahmezyklus wird diese jedoch immer abwechselnd zur Bildaufnahme und zur Energiegewinnung genutzt. Diese lokale Energiegewinnung heißt „Energy Harvesting“. Der Bildsensor schaltet ständig zwischen Aufnahme- und Harvesting-Modus hin und her.

„Unglaublich nützlich“

Wird die Kamera nicht zum Fotografieren benutzt, kann sie sogar als Ladegerät für einen angeschlossenen Akku oder andere Geräte fungieren. „Aber wir haben uns bewusst für eine extreme Vorgehensweise entschieden, um zu zeigen dass der Sensor in der Kamera wirklich ohne äußere Energieversorgung funktioniert. Deshalb haben wir nur einen Kondensator zur Energiespeicherung benutzt.“

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Im Moment handelt es sich bei der Kamera noch um einen Prototypen, doch Nayar blickt bereits in die Zukunft. Die energie-autarke Kamera soll zu einem handlicheren Gerät weiterentwickelt werden. Er spricht von Wearable Computing, Sensornetzwerken, dem Internet der Dinge. „Eine Kamera, die unabhängig und zeitlich unbegrenzt funktioniert – ohne externe Energieversorgung – wäre unglaublich nützlich.“

(Columbia University School of Engineering and Applied Science, 16.04.2015 – RPA)

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