Smartphone, MP3-Player, Sportelektronik wie Pulsmesser oder Tracker, medizinische Geräte wie Blutdruckmesser, Herzschrittmacher oder Insulinpumpe: So nützlich die smarten Helfer auch sein mögen, gestaltet sich die Stromversorgung aufgrund der kleinen Dimensionen dieser Wearables oft schwierig. Da man diese Geräte nah am oder sogar im Körper trägt, bietet sich der Körper des Trägers auch als Stromquelle an - so der Gedankengang der KIT-Forscher.
„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 genügen.
Schritt für Schritt Strom erzeugen
Eine Konstruktion für die Beine 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 und treibt – ähnlich einem Gezeitenkraftwerk im Miniaturformat – einen Kolben, 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.
Strom im Takt gewinnen
Ein anderer Generator kann wie eine Uhr am Arm getragen werden. Die besondere Schwierigkeit hier: 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 Automatikuhr.“ Im Gegensatz zum Uhrwerk, wo die Energie mittels Schwungmasse, die eine Feder spannt, gespeichert wird, ist hier ein Induktionsmotor aktiv, in dem ein Exzenter einen Magneten in einer Spule vor und zurück bewegt.
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. Mit den Ergebnissen rechnet er bis Ende des Jahres.
