Eine Kamera, die ganz ohne Batterien auskommt

Katharina Brunner 20.04.2015 Lesezeit 3 Min

Unendlich lange jede Sekunde ein Bild knipsen, ohne Ladekabel und Batterie. Wie das gehen soll? Das Geheimnis liegt in der Fotodiode.

Heute Smartphones, morgen womöglich Kameras an den Handgelenken, an der Brille oder am selbstfahrenden Autos, damit es beim Einparken nicht den Mülleimer rammt. Ganz egal wo: Kameras brauchen Strom, damit sie funktionieren. „Wir befinden uns in einer zweite Welle der Bild-Revolution“, schreiben nun drei Forscher der Columbia University. Denn ihre Videokamera ist eine Ausnahme: Ihr Prototyp braucht keinen Strom. Wird ein Bild erfasst, lädt sich auch gleichzeitig die Kamera wieder auf. Theoretisch kann das Gerät auf diese Weise unendlich lange funktionieren. Das alles klappt nur wegen eines Bauteils: der Fotodiode.

Zuerst wird das Motiv aufgenommen. Danach wird das einfallende Licht benutzt, um Strom zu erzeugen.

Eine Diode ist ein einfacher Halbleiter. In Kombination mit Licht spricht man von einer Fotodiode. Benutzt wird sie bei Kameras genauso wie bei Solarzellen — nur für unterschiedliche Aufgaben. Solarzellen rechnen aufprallendes Licht in Strom um. Bei einer Kamera misst ein Sensor, in dem eine Photodiode verbaut ist, die Helligkeit. Die Diode an sich erzeugt jedoch kein Bild, sondern gibt die Information über die Helligkeit weiter. Je mehr Licht auf eine Diode fällt, desto mehr Strom fließt — und desto heller ist das erzeugte Bild.

Mit handelsüblichen Teilen haben die drei Forscher eine Kamera gebaut, die ein Ziel hat: „Die Sensorpixel so umzugestalten, dass sie nicht nur eintreffendes Licht messen, sondern auch die Energie ernten, um die Messungen auszulesen.“

Umgestalten bedeutet für Shree Nayar, Daniel Sims und Mikhail Fridberg: Einen Sensor herstellen, der aus 120 Fotodioden besteht. Wird ein Bild gemacht, geschehen zwei Dinge: Als erstes wird das Motiv aufgenommen und ausgelesen. Danach wird das einfallende Licht dazu benutzt, Strom zu erzeugen und den Sensor wieder zu laden.

Die Bildqualität ist schlechter als jeder Instagram-Retro-Filter: 30x40 Pixel.

Für Nachtaufnahmen ist der Prototyp bisher nicht geeignet. Damit brauchbare Bilder entstehen, muss der Raum gut beleuchtet sein. Technisch ausgedrückt: In der Umgebung muss eine Belichtungsstärke von 300 Lux gegeben sein. Zum Vergleich: Bei einer regulären Zimmerbeleuchtung kann man von 500 Lux ausgehen.

Noch ist die Bildqualität schlechter als nach jedem Instagram-Retro-Filter. Der Grund dafür: Die 120 Fotodioden sind als 30 mal 40 Dioden angeordnet, ein Bild hat also 30x40 Pixel. Auch gegen die heute so veraltet wirkenden DOS-Spiele aus den Neunzigern haben die Bilder des Prototyps keine Chance. DOS-Games hatten immerhin meist eine Auflösung von 320x240 Pixel. Dafür springt bei „Prince of Persia“ der Held ohne Strom keinen einzigen Pixel.