Jeder warme Widerstand rauscht. Elektronen bei Zimmertemperatur sitzen nie still, und ihr Zittern zeigt sich als schwache, breitbandige Spannung: thermisches Rauschen, das Grundrauschen, gegen das jeder Funkingenieur sein ganzes Leben kämpft. Ein Team am Smart Sensing Systems Lab der Stanford University hat angefangen, darin stattdessen zu kommunizieren. Ihr Sender erzeugt keine Funkwelle. Er schaltet eine Antenne zwischen zwei Zuständen um, offene Schaltung für die eine Bit und Kurzschluss für die andere. Er erzeugt kein Signal. Er reflektiert nur das Rauschen, das bereits vorhanden ist.

Die Arbeit in PNAS 123(43), 2026, stammt von den Co-Erst-Autoren Geneva Ecola und Jida Zhang, beide Doktoranden, zusammen mit Professor Joseph Kahn und Senior-Autorin Zerina Kapetanovic, Assistenzprofessorin für Elektrotechnik. Wie Ula Chrobaks Stanford-Geschichte, neu veröffentlicht auf Tech Xplore am 20. Oktober, berichtet, baute das Team zunächst ein Kanalmodell aus ersten Prinzipien. Das Hardware-Tuning für dieses Modell erhöhte die Datenrate hundertfach. Kapetanovics Stanford-Profil gibt das Ergebnis als Kilobit-pro-Sekunde-Verbindungen an, mit Polar-Codes, um sich der von dem Modell abgeleiteten Kapazität anzunähern.

Das System als Blockdiagramm

Lies es wie einen Anlageschaltplan:

• Eingang: thermisches Umgebungsrauschen. Kostenfrei, überall, proportional zur Temperatur.
• Modulator: ein Schalter, eine Antenne, zwei Impedanzzustände.
• Kanal: das reflektierte Rauschen.
• Empfänger: ein Verstärker, der nach Kahns Worten wie ein „Elektronenkühlschrank” funktioniert – das reflektierte Rauschen wird wärmer oder kälter, während das Gesamtsystem bei Zimmertemperatur bleibt.

„Der Sender kann ein Signal zwischen kälter und wärmer modulieren, aber ohne etwas abzukühlen,” sagt Kahn. „Es ist einfach ein Reflektor.”

Das ist das Wesentliche, darum ist die Energiebilanz entscheidend. Stanford gibt an, dass ein Hochfrequenzsender bis zu 1.000-mal so viel Energie braucht, um Informationen zu senden, wie einer, der nur thermisches Rauschen nutzt. „Ein aktives Signal zu erzeugen, verbraucht sehr viel Strom,” sagt Zhang. Verlager die Kosten vom Knoten auf den Empfänger, und der Knoten kann zu fast nichts schrumpfen.

Der Kompromiss ist klar: ohne Träger verbraucht der Knoten fast nichts, aber er kann auch nicht laut senden – der Empfänger trägt die Last. Bislang wurden diese Links nur in einer dicht abgeschirmten Kammer gezeigt, wo externe Signale nicht eindringen. Das Team nennt die nächsten Schritte: mehrere Sender vernetzen und das Signal in Umgebungen mit mehr Rauschen ausserhalb der Kammer halten.

Ein Jahrhundert altes Rauschen, endlich in Gebrauch

Die Grundlagen gehören zwei Menschen, an die die meisten Ingenieure nie denken. John B. Johnson mass dieses Rauschen in den späten 1920ern bei Bell Labs, und Harry Nyquist erklärte es. Jedes Empfänger-Datenblatt basiert noch auf ihrer Arbeit. Kapetanovics Doktorforschung an der University of Washington entwickelte daraus einen Link: ein 2022er PNAS-Paper mit Morales und Smith erreichte bis zu 26 bit/s bei bis zu 7,3 m, bei Energieverbrauch vergleichbar mit einem RFID-Tag. 2025 erschien ein Schwester-Paper im IEEE Journal of Microwaves (Kapetanovic, Falconer, Ecola), das einen Widerstand plus Antenne zu einem Thermometer machte, das „keine Leistung am Sensorknoten benötigt” und unterirdisch oder hinter Barrieren gelesen werden kann. Vier Jahre brachten den Link von 26 bit/s zu Kilobits – durch Kanalverständnis, nicht durch Leistungszugabe. „Wir haben ein System gebaut, das andere sehr leicht implementieren könnten,” sagt Kapetanovic.

←HEUTE: 2026: eine Schalt-Antenne reflektiert Raumtemperatur-Rauschen und erreicht Kilobit-Raten in Stanfords Kammer.
→3012: Zürichs Platten und Fassaden berichten ihren Zustand hundert Jahre lang, und niemand erklimmt ein Gerüst zum Batteriewechsel.
Drehrpunkt: Der Sensor, der bleibt, ist einer mit stromlosen Sendern – das Energiebudget gehört auf die Zeichnung, nicht auf die Rechnung.

Die Gebäudelinie (unsere, nicht ihre)

Stanford nennt Bodenfeuchte, Umweltüberwachung und Stellen neben elektromagnetisch sensitiver Ausrüstung wie Medizingeräte und Observatorien. Gebäude sind PAZs Extrapolation und sollten als solche gelesen werden. Sie sind naheliegend für Schweizer Sanierung, wo Fassaden- und Plattenüberwachung immer auf den gleichen Engpass trifft: der Sensor ist billig, der Batteriewechsel hinter belüfteter Verkleidung nicht. Ein Widerstand und eine Antenne in eine Platte gegossen, eine Halterung, die ihre Temperatur über Jahrzehnte meldet – nichts davon gibt es heute, und ein Laborergebnis beweist nicht, dass es funktionieren wird. Es schärft aber die Frage für jeden Sensor auf dem Plan: wer betreibt ihn im Jahr zwölf? Rückblickend: die Sensoren, die hielten, waren die, die niemand besuchen musste.

Atelier: Ein Büro, das ein Monitoringkonzept für Fassadensanierungen plant, spezifiziert Sensoren nach ihrem Messwert, selten nach ihrer Stromversorgung. Wenn KI-Analyse lange Datensätze wertvoller macht, wird der Knoten, der im Jahr fünf ausfällt, zur teuren Lücke. Montag-Aktion: füge eine „power”-Spalte in deine Sensorliste ein und flagge jeden batteriebetriebenen Knoten, der hinter einer geschlossenen Gebäudeschicht sitzt.

Hack: Gib eine Zahl auf das Rauschen, das ein passiver Sensor reflektieren würde. Die Johnson-Nyquist-Relation gibt die Open-Circuit-Rauschspannung als √(4kTRB) und die verfügbare Rauschleistung als kTB.

import math
k, T, R, B = 1.380649e-23, 293.0, 50.0, 1e6   # J/K, 20 °C in K, ohm, Hz
v = math.sqrt(4 * k * T * R * B)              # Johnson noise voltage, V rms
p = 10 * math.log10(k * T * B / 1e-3)         # available noise power, dBm
print(f"{v*1e6:.2f} uV rms, {p:.1f} dBm")

Du bekommst etwa 0,90 µV und −113,9 dBm. Setze T nun auf 263,0, eine Winterfassade bei −10 °C, und die Leistung fällt um etwa 0,47 dB. Diese kleine, temperaturabhängige Verschiebung ist genau das, was das Stanford-Thermometer 2025 ohne Stromversorgung des Knotens liest.

PAZs Grasshopper↔Archicad-Bibliothek kann Sensorattribute vom Rhino-Modell in den Archicad-Plan übertragen, sodass die Stromfrage die Übergabe überdauert. Öffne dein Sanierungsmodell und zähle die Sensoren mit Batterie.

Quellen und Weiterführendes

• Primär: Tech Xplore: Hintergrundrauschen überträgt drahtlos Daten ohne aktiv erzeugtes Funksignal