Een Amerikaanse start-up werkt aan een chip die zonder batterij of externe stroomvoorziening zou kunnen functioneren. Casimir Inc. wil in 2028 een commerciële versie van de zogeheten MicroSparc-chip op de markt brengen. Het project staat onder leiding van voormalig NASA-onderzoeker Harold ‘Sonny’ White, die verwacht dat de technologie op termijn bruikbaar kan zijn voor energiezuinige elektronica. Tegelijkertijd plaatsen natuurkundigen nog vraagtekens bij de haalbaarheid van de onderliggende principes.
MicroSparc-chip moet stroom opwekken via het Casimir-effect
Volgens Casimir Inc. maakt de MicroSparc gebruik van miljoenen microscopisch kleine holtes in combinatie met een zogenoemde quantum ratchet om een constante elektronenstroom op te wekken. De beoogde chip heeft een formaat van slechts 5 bij 5 millimeter en zou 1,5 volt en 25 microampère kunnen leveren.
Dat vermogen is voldoende voor zeer kleine elektronische toepassingen, maar ligt nog ver onder het niveau dat nodig is voor huishoudelijke apparaten of voertuigen.
De technologie is gebaseerd op het Casimir-effect, een natuurkundig verschijnsel waarbij twee oppervlakken die zich op uiterst geringe afstand van elkaar bevinden in een vacuüm een meetbare kracht op elkaar uitoefenen. De centrale vraag is of dit effect daadwerkelijk kan worden benut als continue energiebron, of dat de praktische mogelijkheden veel beperkter zijn dan wordt gesuggereerd.
Van ruimteonderzoek naar nanotechnologie
Ervaring bij NASA en nieuwe ambities
Harold ‘Sonny’ White werkte eerder aan onderzoeksprogramma’s rond zogenoemde warp drive-concepten, projecten die financiering ontvingen van NASA en DARPA. Hoewel die achtergrond de ambities van het project onderstreept, zegt zij op zichzelf niets over de prestaties van de nieuwe chip.
Casimir Inc. stelt inmiddels honderden prototypes te hebben ontwikkeld in universitaire nanofabricagefaciliteiten, waaronder die van Texas A&M en MIT. Volgens het bedrijf zijn de chips gedurende meerdere weken getest in volledig afgeschermde testopstellingen zonder licht en radiosignalen.
Tijdens deze experimenten zouden spanningen tussen enkele millivolt en ongeveer 1 volt zijn gemeten, met stromen in de orde van picoampères. Dat zijn extreem kleine stroomsterktes: één picoampère is één biljoenste van een ampère.
Hoe de technologie volgens de ontwikkelaars werkt
Bij een klassieke Casimir-opstelling kan tijdelijk energie vrijkomen wanneer twee platen naar elkaar toe bewegen. Zodra de platen weer uit elkaar moeten worden gebracht, is echter opnieuw energie nodig, waardoor er geen blijvende energiebron ontstaat.
MicroSparc probeert dit te omzeilen met een constructie van vaste wanden op een ondergrond. In het midden bevinden zich microscopisch kleine zuilen die elektrisch met elkaar verbonden zijn, maar geïsoleerd blijven van de buitenste wanden.
White vergelijkt dit met een atol, waarbij de zee buiten de ring onrustig is en het water binnen de lagune veel rustiger blijft. Volgens deze theorie zouden elektronen via quantumtunneling van de wand naar de centrale zuilen bewegen en vervolgens minder gemakkelijk terugkeren.
De afstand tussen de oppervlakken bedraagt ongeveer 100 nanometer, circa duizend keer dunner dan een menselijke haar. Door miljoenen van deze holtes te combineren, moet uiteindelijk een bruikbare elektronenstroom ontstaan.
Wetenschappelijke discussie blijft bestaan
Het Casimir-effect zelf is al tientallen jaren een erkend onderdeel van de kwantumfysica en is wereldwijd in laboratoria experimenteel bevestigd.
De stap van een meetbare kracht naar een permanente energiebron is echter aanzienlijk groter. Bij eerdere pogingen om energie uit vacuümfluctuaties te winnen, wezen natuurkundigen op mogelijke conflicten met de wetten van behoud van energie en impuls.
White stelt dat zijn ontwerp deze natuurkundige wetten niet schendt en spreekt van een statische Casimir-holte. Onafhankelijke wetenschappelijke bevestiging van de behaalde resultaten ontbreekt vooralsnog, terwijl veel onderzoekers zich terughoudend opstellen.
Juist onafhankelijke verificatie is cruciaal. Bij metingen op picoampère-niveau moeten storende factoren zoals temperatuurverschillen, lekstromen, elektromagnetische ruis en meetfouten volledig worden uitgesloten.
Eerste toepassingen vooral bij sensoren
De uiteindelijke chip moet ongeveer 40 microwatt aan continu vermogen leveren. Daarmee richt Casimir Inc. zich in eerste instantie op energiezuinige sensoren en andere elektronica die jarenlang zelfstandig moet kunnen functioneren op moeilijk bereikbare locaties.
Ook in Nederland en andere Europese landen zouden dergelijke toepassingen op termijn interessant kunnen zijn, bijvoorbeeld voor meetapparatuur in gebouwen, elektriciteitsnetten of natuurgebieden. Dat verschilt echter fundamenteel van het voeden van apparaten met een veel hogere energiebehoefte, zoals warmtepompen, auto’s of woningen.
White schetst wel grotere ambities. Door meerdere chips te combineren, zou volgens hem uiteindelijk een generator van 0,5 watt kunnen ontstaan die een smartphone continu oplaadt. Op langere termijn noemt hij zelfs systemen voor voertuigen en off-grid woningen.
Die schaalvergroting vormt echter een grote uitdaging. De stap van 40 microwatt naar 0,5 watt betekent een vermenigvuldiging met ongeveer 12.500. Daarbij spelen ook productiekosten, warmteontwikkeling, betrouwbaarheid en de benodigde ruimte een belangrijke rol.
Onafhankelijke tests moeten doorslag geven
Casimir Inc. zoekt momenteel financiering voor nieuwe ontwerpen, alternatieve materialen en grootschalige productie. Volgens het bedrijf ligt de nadruk niet langer op het aantonen dat de chip überhaupt spanning kan opwekken, maar op het aanzienlijk verhogen van het beschikbare vermogen.
Juist daarin schuilt volgens veel deskundigen ook het grootste risico. De belofte van een vrijwel onuitputtelijke energiebron kan investeerders aanspreken, terwijl de belangrijkste stap nog moet volgen: onafhankelijke laboratoria moeten langdurig en onder gecontroleerde omstandigheden kunnen bevestigen waar de gemeten elektrische energie precies vandaan komt.
De geplande introductie van een commerciële MicroSparc-chip in 2028 geldt daarom als een belangrijk ijkpunt. Pas wanneer externe onderzoekers dezelfde resultaten consequent kunnen reproduceren, kan de technologie uitgroeien van een veelbelovend nanotechnologisch experiment tot een praktisch toepasbare innovatie.
Sven Groenendaal is auteur bij Xboxonegaming.nl en schrijft over actuele ontwikkelingen op het gebied van nieuws, technologie, entertainment, sport, business en lifestyle. Hij richt zich op heldere verslaggeving, betrouwbare informatie en onderwerpen die relevant zijn voor een breed publiek. Met oog voor actualiteit en context brengt Sven nieuws en achtergrondverhalen op een toegankelijke manier, zodat lezers snel inzicht krijgen in belangrijke gebeurtenissen, trends en ontwikkelingen die hun dagelijks leven en interesses raken.