Smartphones oder Wearables, aber auch medizinische Geräte wie Blutdruckmesser, Herzschrittmacher oder Insulinpumpe benötigen Energie. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeiten deshalb an innovativen Konzepten, um diesen Bedarf zu decken und forschen an der Stromversorgung mittels körpereigener Bewegungsenergie.
„Will man Bewegungsenergie des Körpers ernten, besteht die Herausforderung darin, dass die Stromerzeugung vom Nutzer keinen zusätzlichen Kraftaufwand fordert“, sagt Christian Pylatiuk vom Institut für Angewandte Informatik (IAI). Mit seinem Team hat der Mediziner zwei Systeme entwickelt, die diesem Anspruch gerecht werden. Eine Konstruktion für die untere Extremität nutzt das Körpergewicht beim Gehen. Unter Ferse und Ballen des Läufers ist dabei je ein kleines mit Flüssigkeit gefülltes Kissen angebracht. Beim Auftreten und Abrollen wird Öl durch eine Schlauchverbindung dazwischen hin und her gepumpt. Ähnlich wie ein Gezeitenkraftwerk im Miniaturformat wird dabei ein Kolben bewegt, der wiederum einen Generator antreibt. Das Minielektrizitätswerk hat Pylatiuk derzeit in einer mit Sensoren versehenen Fußprothese eingebaut, die Bewegungen des Trägers aktiv unterstützt. „Man könnte den Mechanismus aber genauso gut in einem Sportschuh unterbringen und einen Tempo-Trainer oder Leistungsdiagnostik damit betreiben“, sagt Pylatiuk.
Stromerzeugung am Handgelenk
Der zweite Generator lässt sich wie eine Uhr am Arm tragen. Die Herausforderung für die Forscher: Um einen Generator zu betreiben, müssen die sehr unsteten Armbewegungen in eine gleichmäßige Bewegung umgewandelt werden. Pylatiuk hat dafür auf eine bewährte Technik zurückgegriffen: „Die Funktionsweise ähnelt der einer Automatik Uhr.“ Während in einem die Energie mittels Schwungmasse, die eine Feder spannt, ist in dem System der Wissenschaftler jedoch ein Induktionsmotor aktiv. In dem bewegt ein Exzenter einen Magneten in einer Spule vor und zurück. Die maximale Leistung von 2,2 Milliwatt reicht zwar noch nicht ganz, um etwa ein Hörgerät zu betreiben oder ein Smartphone aufzuladen. Aber: „Wir arbeiten gerade an einer leistungsfähigeren Version für den Consumer Bereich“, sagt Pylatiuk. Bis Ende des Jahres rechnet der Forscher mit Ergebnissen.