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Energy Harvester für das menschliche Knie zur Stromversorgung tragbarer Geräte

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Forscher der Chinese University of Hong Kong haben ein Gerät entwickelt, das beim Gehen Energie aus dem menschlichen Knie gewinnen kann, ohne den Aufwand für die Träger erheblich zu erhöhen.

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Ihre Arbeit zeigt, dass das Gerät bis zu 1,6 mW Leistung erzeugt, ohne dass sich das Atemverhalten oder der Sauerstoffverbrauch des Trägers wesentlich verändert. Eines Tages kann dieses Gerät tragbare Elektronik, körpergetragene Sensoren und Prothesen mit Strom versorgen.

Frühere Arbeiten zur Entwicklung von Energy Harvesters haben zu einer Vielzahl von Geräten geführt (siehe Rückblenden unten). Einige Geräte können einige Watt erzeugen, aber sie sind in der Regel schwer. Andere Geräte erfordern eine erhebliche Erhöhung des Aufwandes des Trägers, um sie mit Strom zu versorgen. Um diesen Einschränkungen entgegenzuwirken, entwickelten die Hongkonger Forscher einen neuen intelligenten, stoffbasierten Energy Harvester (SM-EH).

Zum Arbeiten wird der Generator am Schienbein und am Oberschenkel angeschnallt, wodurch die Komponenten nahe am Knie positioniert werden. Wenn der Benutzer einen Schritt macht, wird ein dünnes piezoelektrisches Material gebogen, das Strom erzeugt. Während der Gehbewegung wird das Gerät gebogen und ungebogen, was zu einer kontinuierlichen Stromerzeugung führt.

Die Forscher führten Tests mit mehreren Anwendern durch, bei denen sie die Stromerzeugung aufgrund unterschiedlicher Gehgeschwindigkeiten sowie den Sauerstoffverbrauch und die CO2-Produktion der Anwender mit und ohne angeschlossenes Gerät gemessen haben. Die Ergebnisse führten die Forscher zu dem Schluss, dass der neue Generator keinen zusätzlichen Aufwand für die Stromerzeugung durch den Träger erforderte. Das Gerät wiegt weniger als ein Pfund und kann genügend Strom für GPS-Geräte und Gesundheitsüberwachungsgeräte erzeugen.

"Geräte mit eigener Stromversorgung können es den Nutzern ermöglichen, die unbequeme tägliche Ladung loszuwerden", sagte Wei-Hsin Liao, der leitende Autor der Studie, in einer veröffentlichten Erklärung. "Diese Energieerntemaschine würde die Entwicklung von tragbaren Geräten mit eigener Stromversorgung fördern."