Casimir Inc. wil in 2028 een chip op de markt brengen die zonder batterij werkt. Voormalig NASA-onderzoeker Harold ‘Sonny’ White, verbonden aan het Limitless Space Institute in Houston, ziet grote toepassingen, maar de vraag blijft of de natuurkunde zijn belofte waar maakt.
De MicroSparc moet met miljoenen minuscule holtes en een zogeheten kwantumratel een constante stroom elektronen opwekken. Het doel is een chip van 5 bij 5 millimeter die 1,5 volt en 25 microampère levert. Dat is genoeg voor kleine elektronica maar nog ver verwijderd van een huishouden of auto. De claim leunt op het Casimir-effect, waarbij twee extreem dicht bij elkaar geplaatste oppervlakken in vacuüm een meetbare kracht kunnen ondervinden. De vraag is nu: gaat het om een slimme toepassing van kwantumfysica, of wordt een echt natuurkundig verschijnsel gebruikt om een veel grotere energiebelofte te verkopen?
Van ruimtevaartdroom naar nanofabriek
White, verbonden aan het Limitless Space Institute in Houston, werkte eerder aan programma’s rond zogeheten warp-aandrijving, gefinancierd door NASA en Darpa. Die naam verklaart de grootse ambities, maar zegt nog niets over de prestaties van de chip zelf.
Casimir Inc. zegt al honderden prototypes te hebben gemaakt in universitaire nanofabricagelabs, onder meer bij Texas A&M en MIT. De bedrijfstests liepen enkele weken in donkere opstellingen die waren afgeschermd van radiosignalen.
Daarbij zouden de chips spanningen van millivolts tot 1 volt hebben geleverd, met stromen in de orde van picoampères. Dat is extreem weinig, want een picoampère is een biljoenste van een ampère.
De truc zit in vaste wanden
Een groengetinte microchip met circuitpatronen op een metallisch oppervlak in een laboratoriumomgeving. Beeld: Design News.
Een gewone Casimir-holte kan kort energie afgeven wanneer 2 platen naar elkaar toe bewegen. Daarna is het effect uitgewerkt, want om de platen weer uit elkaar te trekken moet je zelf energie toevoegen.
MicroSparc probeert dat probleem te omzeilen met onbeweeglijke wanden op een ondergrond. In het midden staan piepkleine pilaren, elektrisch verbonden met elkaar maar geïsoleerd van de buitenwanden.
White vergelijkt het met golven rond een atol, waarbij het buiten de ring woelig is en in de lagune veel rustiger. Elektronen zouden door kwantumtunneling van de wand naar die pilaren springen en vervolgens minder makkelijk teruggaan.
- De afstand in een klassieke Casimir-opstelling bedraagt ongeveer 100 nanometer.
- Dat is ongeveer 1.000 keer dunner dan een menselijke haar.
- Miljoenen holtes samen moeten een bruikbare stroom opleveren.
Goed om te weten
De Nederlandse natuurkundige Hendrik Casimir voorspelde het effect in 1948. Experimenten bevestigden de aantrekkende kracht tussen zeer dicht bij elkaar staande oppervlakken in de jaren 1990.
Juist hier begint de natuurkundige discussie
Het Casimir-effect zelf staat dus niet ter discussie. Laboratoria over de hele wereld hebben het gemeten, en het hoort al decennia bij de gevestigde kwantumfysica.
De sprong van meetbare kracht naar een permanente energiebron is wel enorm. Bij eerdere pogingen om energie uit vacuümfluctuaties te halen, wezen natuurkundigen op mogelijke botsingen met de wet van behoud van energie en impuls.
White stelt dat zijn ontwerp die wetten niet schendt. Hij noemt de chip een statische Casimir-holte, terwijl sceptische wetenschappers publiekelijk terughoudend blijven en onafhankelijke bevestiging van de resultaten ontbreekt.
Dat laatste is bepalend. Precisie-elektrometers kunnen heel kleine signalen meten, maar bij picoampères moet je elk mogelijk stoorsignaal uitsluiten: warmteverschillen, lekstromen, elektromagnetische ruis en meetfouten.
Voorlopig past het vooral bij piepkleine elektronica
De beoogde chip moet ongeveer 40 microwatt continu vermogen leveren. Dat past bij sensoren en andere zuinige elektronica, bijvoorbeeld apparatuur die op lastig bereikbare plekken jarenlang moet blijven werken.
Voor Nederland en Europa zou dat op termijn interessant kunnen zijn voor kleine meetapparaten in gebouwen, elektriciteitsnetten of natuurgebieden. Maar een sensor voeden is iets heel anders dan een warmtepomp, auto of woning draaiend houden.
White schetst wel grotere toepassingen door chips te stapelen. Hij noemt een generator van 0,5 watt die een smartphone permanent kan bijladen, gevolgd door systemen voor voertuigen en huizen die los van het net functioneren.
Dat is nog toekomstmuziek. Van 40 microwatt naar 0,5 watt is namelijk een factor 12.500, nog afgezien van productiekosten, warmte, betrouwbaarheid en de ruimte die al die chips innemen.
De volgende proef moet veel meer laten zien
Casimir Inc. zoekt financiering voor nieuwe ontwerpen, andere materialen en productie op grotere schaal. Het bedrijf zegt dus niet meer op zoek te zijn naar een eerste bewijs dat de chips iets doen, maar naar een manier om de opbrengst flink op te voeren.
Daar ligt ook het risico van zulke claims. Investeerders kunnen enthousiast worden van het vooruitzicht op onbegrensde energie, terwijl de cruciale test nog moet komen, namelijk of een onafhankelijke partij langdurig kan aantonen waar de gemeten elektrische energie precies vandaan komt.
De geplande commerciële chip in 2028 wordt daarmee een concreet meetmoment. Pas als externe labs dezelfde stroom onder gecontroleerde omstandigheden terugzien, kan MicroSparc meer worden dan een intrigerend nanotechnologisch experiment.
