Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Der Mensch als Energiequelle für Wearables

| Redakteur: Peter Reinhardt

Mit Systemen wie dieser Fußprothese, die Körperenergie in Strom umwandelt, wollen Forscher des KIT transportable Elektrogeräte wie Smatphones oder Herzschrittmacher betreiben.
Mit Systemen wie dieser Fußprothese, die Körperenergie in Strom umwandelt, wollen Forscher des KIT transportable Elektrogeräte wie Smatphones oder Herzschrittmacher betreiben. (Bild: KIT/ Andreas Keller, Kunzberg)

Wearables brauchen Energie. Das ist klar. Warum dafür nicht einfach ganz natürliche Körperbewegungen nutzen?

  • Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeiten an Stromversorgungen mittels körpereigener Bewegungsenergie
  • Eine Konstruktion nutzt das Körpergewicht beim Gehen, eine andere kann wie eine Uhr getragen werden
  • Das Prinzip funktioniert, aber die Leistungsfähigkeit genügt noch nicht

Medizinische Geräte wie Blutdruckmesser, Herzschrittmacher und Insulinpumpen, aber auch Sportelektronik wie Pulsmesser und Tracker: So nützlich die smarten Helfer auch sein mögen, ihr steter Hunger nach Strom ist ein Problem. Die Lösung: Stromversorgung mittels körpereigener Bewegungsenergie. Daran arbeiten Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Aus dem Gehen Bewegungsenergie ernten

„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. 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 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“, erklärt Pylatiuk.

Eine Animation macht das Prinzip deutlich.

Generator kann wie eine Uhr am Arm getragen werden

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, deren Funktionsweise der einer Automatikuhr ähnelt. 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 mW 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“, so Pylatiuk. Mit den Ergebnissen rechnet er bis Ende des Jahres.

Beide Geräte sind derzeit im Kinetic Lab des Museums für Energie der Zukunft auf der Weltausstellung Expo 2017 zu sehen, die noch bis 10. September in der kasachischen Hauptstadt Astana stattfindet.

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