Das Miniaturkraftwerk für unterwegs 07.09.2017, 12:30 Uhr

Laufend Strom erzeugen

Herzschrittmacher, Smartphone oder der Pulsmesser sind ja ganz praktische Geräte. Allerdings benötigen sie Strom. Der ist nicht immer vorhanden. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun zwei verschiedene Konstruktionen entwickelt, um Körperenergie in Strom umzuwandeln. 

Diese Fußprothese kann Körperenergie in Strom umwandeln.

Diese Fußprothese kann Körperenergie in Strom umwandeln.

Foto: KIT / Andreas Keller courtesy of KUNZBERG GmbH

Dem Forscherteam rund um Christian Pylatiuk vom Institut für Angewandte Informatik (IAI) am KIT war es dabei wichtig, dass der Nutzer keine zusätzliche Energie für die Stromerzeugung aufwenden muss. Dabei haben die Wissenschaftler zwei unterschiedliche Systeme entwickelt: Eine Konstruktion für die unteren Extremitäten, die mit den Füßen betrieben wird. Und ein System, das man wie eine Uhr am Handgelenk trägt.

Das Gezeitenkraftwerk im Sportschuh

Beim System für die unteren Extremitäten setzen die Forscher auf das Körpergewicht. Im wahrsten Sinne des Wortes. Die Konstruktion besteht unter anderem aus kleinen Kissen, die mit einem Schlauch miteinander verbunden sind, und die der Läufer unter den Fersen und unter den Ballen trägt. Sobald er zu laufen beginnt, wird eine Flüssigkeit zwischen den beiden Kissen hin und her gepumpt. Der Vorgang bringt einen Kolben in Bewegung, der einen kleinen Generator antreibt. Das KIT vergleichen das Ganze mit einem „Gezeitenkraftwerk im Miniaturformat“.

Zu Demonstrationszwecken hat Pylatiuk das System in eine Fußprothese eingebaut, mit der er die Bewegung eines Menschen nachahmt. „Man könnte den Mechanismus aber genauso gut in einem Sportschuh unterbringen und einen Tempo-Trainer oder Leistungsdiagnostik damit betreiben“, sagt der Mediziner.

Beim Laufen wird die Flüssigkeit, die sich in kleinen Kissen unter Ferse und Ballen befindet, bewegt und setzt einen Kolben in Bewegung, der wiederum einen kleinen Generator antreibt.

Beim Laufen wird die Flüssigkeit, die sich in kleinen Kissen unter Ferse und Ballen befindet, bewegt und setzt einen Kolben in Bewegung, der wiederum einen kleinen Generator antreibt.

Foto: KIT/KUNZBERG GmbH

Strom aus dem Arm schütteln

Kraftwerk Nummer zwei trägt der potentielle Stromerzeuger am Handgelenk. Hier standen die Forscher vor einer besonderen Herausforderung: Da der Mensch kein Roboter ist, bewegt er seinen Arm nicht gleichförmig. Eine gleichmäßige Bewegung ist aber notwendig, um den Generator betreiben zu können.

Die Forscher fanden schließlich eine Lösung, wobei sie sich von der Funktionsweise einer Automatikuhr inspirieren ließen.Laut KIT gibt es allerdings einen markanten Unterschied: Während im Uhrwerk die Energie mittels Schwungmasse gespeichert werde, die eine Feder spannt, sei hier ein Induktionsmotor aktiv. In diesem würde ein Exzenter einen Magneten in einer Spule vor und zurück bewegen. Die maximale Leistung des Systems beträgt 2,2 Milliwatt. Das ist nicht wirklich viel.

Wie das KIT eingesteht, reicht diese Leistung nicht ganz aus, um zum Beispiel ein Hörgerät zu betreiben oder ein Smartphone aufzuladen. Das könnte sich aber vielleicht bald ändern. Pylatiuk und seine Kollegen arbeiten nämlich an einer leistungsfähigeren Version für den Consumer Bereich. Bis zum Ende des Jahres rechnen die Wissenschaftler mit Ergebnissen.

Das Ausflugsschiff mit dem Stepper-Antrieb

Auch wenn die Systeme der Karlsruher Forscher ganz besonders handlich sind. Die Idee, Bewegungsenergie für die Stromerzeugung zu nutzen, ist nicht ganz neu. Weltweit arbeiten Wissenschaftler an unterschiedlichen Konzepten. So hat der italienische Architekt und Ingenieur Carlo Ratti mit Kooperationspartnern das „Paris Navigation Gym“ entwickelt. Wer auf dem Ausflugsboot entlang der Seine kreuzen möchte, muss sich seine Passage im Schweiße seines Angesichts verdienen. Das 20-Meter lange Schiff wird nämlich durch die Energie angetrieben, die fleißige Sportler auf dem Ergometer oder dem Crosstrainer erzeugen. Das Boot bietet Platz für 45 Wassersportler der etwas anderen Art.

Mit Fußballspielen das Stadium erleuchten

Lange Zeit konnten die Kinder der brasilianischen Favela Morro da Mineira nur tagsüber auf ihrem lokalen Fußballplatz kicken. Denn um die Stromversorgung auf dem Platz war es schlecht bestellt. Aus diesem Grund mussten die Nachwuchskicker nach Sonnenuntergang auf der Straße weiter üben. Dann hat der Energiekonzern Shell den Fußballern kinetische Bodenplatten spendiert. Durch den Druck der dribbelnden Sportler wird nun Energie für die Flutlichter erzeugt. Da sie unter dem Kunstrasen angebracht wurden, stören sie den Spielgenuss nicht weiter.

Der spezielle Bodenbelag stammt von der Firma Pavegen. Wie das Unternehmen auf seiner Webseite verkündet, kann es auf mehr als 150 Projekte auf dem ganzen Globus zurückblicken. So haben die Briten ihre speziellen Bodenbeläge unter anderem am Heathrow Airport und auf dem Fußgängerübergang Dupont Circle in der amerikanischen Hauptstadt Washington installiert. 

Von Sabine Philipp

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