Mann und Frau joggen (Foto: © Colourbox.de -)

Mini-Kraftwerk am Fuß Jeder Schritt lädt das Handy

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Smartphone oder Insulinpumpe – moderne elektronische Begleiter brauchen Strom. Wie kann man sie aufladen? Mit körpereigener Bewegungsenergie. Daran arbeiten Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Wie viele digitale Apparate tragen Sie mit sich herum? Das Smartphone, klar, vielleicht noch einen MP3-Player oder einen Puls- und Schrittmesser? Alle diese digitalen Sklaven wollen versorgt werden, die brauchen Strom, und jeder weiß ja, wie lästig es ist, wenn das Handy leer ist und man eine Ladestation sucht.

Bewegung des Körpers erzeugt elektrische Energie

Dieses Problem hat Forscherinnen und Forscher am KIT in Karlsruhe umgetrieben, und sie sind auf eine einfache Lösung gekommen: Sie können Bewegungsenergie des Körpers in elektrische Energie umwandeln. Dafür haben sie drei Techniken entwickelt, die Strom produzieren und am Körper getragen werden: eine Fußprothese, ein Gerät am Kniegelenk und ein Kästchen am Uhrarmband. Christian Pylatiuk, vom Institut für angewandte Informatik am KIT, hat die Technik mit entwickelt.

Fußprothese mit Energieerzeugung (Foto: Andreas Keller / Kunzberg GmbH  -)
Fußprothese mit Energieerzeugung: Der Energiegenerator funktioniert wie ein kleines Gezeitenkraftwerk. Durch die Bewegung wird Flüssigkeit hin und her gepumpt, die einen kleinen Generator antreibt. Andreas Keller / Kunzberg GmbH -

Minikraftwerk am Fuß

Diese Geräte funktionieren wie eine Art Minikraftwerk: Bei der Fußprothese war die Idee, dass man die Energie nutzt, die bei der Gehbewegung gebraucht wird. An der Ferse ist ein kleines, mit Flüssigkeit gefülltes Kissen angebracht. Dieses wird beim Auftreten durch das Zusammendrücken geleert. Die Flüssigkeit treibt eine kleine Turbine an. Auch am vorderen Teil des Fußes befindet sich so ein Kissen. Wenn man dann beim Gehen mit dem Vorderfuß wieder abrollt, wird die Flüssigkeit von dort wieder zum ersten Kissen zurückgepumpt. So entsteht beim Gehen ein Kreislauf, der die Turbine am Laufen hält.

Das funktioniert praktisch wie ein Miniatur-Gezeitenkraftwerk. Dieser Mechanismus ist im Moment noch in einer Fußprothese aus Karbon untergebracht, die Patienten tragen können, denen ein Fuß fehlt. Es sei aber in Zukunft auch möglich, so Pylatiuk, dass man den Mechanismus in einem ganz normalen Sportschuh unterbringen könne.

Bewegungsenergie mit Fuß, Knie oder Arm

Auch beim Kniegelenk ist es Pylatiuk und seinen Kollegen gelungen, die kinetische Energie in eine elektrische umzuwandeln. Hier nutzte man eine sogenannte Orthese, ein Stützskelett außen am Bein, das Menschen mit einem Kreuzbandriss tragen müssen. Durch diese Vorrichtung konnten die Forscher die Bewegungsenergie des Ober- und Unterschenkels beim Laufen nutzen. “Wenn Sie gehen“, erklärt Plyatiuk, „bremsen Sie das Bein ab, bevor Sie auftreten, und diese Bremsenergie nutzen wir, um ein kleines elektrisches Element aus Silikonmaterial wie einen künstlichen Muskel zu spannen und zu entspannen. Auch damit lässt sich Strom erzeugen“.

Auch durch die Bewegung der Arme lässt sich Strom erzeugen (Foto: Andreas Keller / Kunzberg GmbH  -)
Auch durch die Bewegung der Arme lässt sich Strom erzeugen Andreas Keller / Kunzberg GmbH -

Das sei die Zukunft der persönlichen Energiegewinnung, sagt Pylatiuk enthusiastisch, dadurch könne man für die ganzen Wearables, die man in Zukunft am Körper trage, bequem Strom erzeugen. Im Moment sei die Technik noch teuer, aber wenn man in Serienproduktion gehe, könnte das immer billiger werde, schon jetzt könne man kleine Elektromotoren in China für die Turbine für kleine Centbeträge kaufen.

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