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Ingenieure der  University of California in San Diego (UC San Diego) haben ein „tragbares Mikronetz“ entwickelt, das die Energie des menschlichen Körpers zur Stromversorgung kleiner elektronischer Geräte nutzen kann.

In einem Artikel, der am 9. März in der Zeitschrift  Nature Communications veröffentlicht wurde , sagten die Forscher, dass sie sich von Community Microgrids inspirieren ließen.

„Wir wenden das Konzept des Mikronetzes an, um tragbare Systeme zu schaffen, die nachhaltig, zuverlässig und unabhängig betrieben werden“, erklärte der Co-Erstautor Lu Yin, ein Student der Nanotechnik an der Jacobs School of Engineering der UC San Diego . „Genau wie ein städtisches Mikronetz eine Vielzahl lokaler, erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne integriert, integriert ein tragbares Mikronetz Geräte, die lokal Energie aus verschiedenen Körperteilen wie Schweiß und Bewegung gewinnen und gleichzeitig Energiespeicher enthalten.“

Neue Technologie erzeugt Strom aus Schweiß und Bewegung

Das tragbare Mikronetz besteht aus flexiblen elektronischen Teilen, die vom Nanobioelektrik-Team von Joseph Wang, dem Direktor des Zentrums für tragbare Sensoren an der UC San Diego und leitenden Autor der Studie, entwickelt wurden. Die drei Hauptkomponenten des tragbaren Mikronetzes  sind schweißbetriebene Biokraftstoffzellen, bewegungsbetriebene triboelektrische Generatoren und energiespeichernde Superkondensatoren.

Diese Komponenten werden im Siebdruck auf ein Hemd gedruckt und so platziert, dass die Menge an Energie, die sie sammeln können, optimiert wird. Zum Beispiel befinden sich die Biokraftstoffzellen im Inneren des Hemdes in der Nähe der Brust, wo sie am besten Schweiß ernten können.

Die triboelektrischen Generatoren hingegen befinden sich außerhalb des Hemdes an den Armen und an den Seiten des Rumpfes in der Nähe der Taille. Diese dienen dazu, Energie aus der schwingenden Bewegung der Arme zu gewinnen, während der Träger geht oder läuft.

Durch die Energiegewinnung aus Bewegung und Schweiß kann das Mikronetz Geräte schnell und kontinuierlich mit Strom versorgen. Die triboelektrischen Generatoren können Strom liefern, sobald sich der Träger in Bewegung setzt – das heißt, bevor er überhaupt ins Schwitzen kommt. Sobald der Träger zu schwitzen beginnt, liefern die Biokraftstoffzellen Strom und können dies auch dann tun, wenn sich der Träger nicht mehr bewegt.

„Wenn Sie diese beiden addieren, gleichen sie die Mängel des anderen aus“, sagte Yin. „Sie ergänzen sich und sind synergetisch, um einen schnellen Start und eine kontinuierliche Stromversorgung zu ermöglichen.“

Yin erklärte weiter, dass das gesamte System doppelt so schnell hochfährt wie ein System, das nur mit Biokraftstoffzellen betrieben wird. Gleichzeitig hält es dreimal länger als ein System, das nur von triboelektrischen Generatoren angetrieben wird.

Möglicher Ersatz für Batterien in Wearables

Das neue System, das von den Forschern der UC San Diego entwickelt wurde, öffnet die Tür für weitere Entwicklungen in der Wearable-Technologie.

Gegenwärtig sind die Batterien, die für die Stromversorgung benötigt werden, eines der Dinge, die Wearables einschränken. Diese beanspruchen Platz und können sehr schwer sein, insbesondere wenn sie ein Gerät für einen längeren Zeitraum unterstützen sollen.

In einem Bericht des Zertifizierungsunternehmens UL aus dem Jahr 2019 wurde der Bedarf an kleineren, leichteren und zuverlässigeren Batterien für tragbare Technologien ermittelt, damit der weltweite Markt bis 2025 70 Milliarden US-Dollar erreichen kann.

Während kleinere und leichtere Batterien in der Entwicklung sind, stellen Technologien wie das tragbare Mikronetz von UC San Diego, das Batterien meidet, eine interessante Alternative für die Stromversorgung von Wearables dar. (Verwandte Themen:  Wissenschaftler erstellen eine anpassbare Stromquelle für tragbare Elektronik, die gefaltet, geschnitten und gedehnt werden kann, ohne an Funktionalität zu verlieren .)

Bevor dies geschehen kann, muss mehr Arbeit am Mikronetz geleistet werden, damit es in einer Vielzahl von Situationen verwendet werden kann. Derzeit ist das Design von UC San Diego nur für Leichtathletik und andere Fälle nützlich, in denen der Benutzer körperlich aktiv ist. Das Team arbeitet jedoch bereits an anderen Entwürfen, mit denen in anderen Situationen Energie gewonnen werden kann, z. B. wenn ein Benutzer in einem Büro sitzt.

„Wir beschränken uns nicht auf dieses Design“, sagte Yin. „Wir können das System anpassen, indem wir verschiedene Arten von Energy Harvestern für verschiedene Szenarien auswählen.“

Folgen Sie FutureScienceNews.com,  um mehr über neue Technologien zu erfahren , mit denen Geräte in Zukunft effizient betrieben werden können.

Quellen sind:

ScienceDaily.com

Nature.com

UL.com


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