Eine Batterie, der nie die Energie ausgeht. Wie wird es angetrieben?

Menschen sind komplexe Maschinen mit beweglichen Teilen, die in vielerlei Hinsicht überraschen. Wissenschaftler sind der gleichen Meinung, dass das Potenzial des Menschen unendlich ist. Wissenschaftler und Technologieentwickler sind bereit, den menschlichen Körper als endlose Energiequelle zu nutzen. Im Erfolgsfall würde es das große Problem kleinerer tragbarer Geräte wie Smartwatches, Kopfhörer, medizinischer und ähnlicher Geräte lösen, denen oft zur falschen Zeit der Strom ausgeht.

Geräte mit einem gewissen Grad an Autonomie, einschließlich automatischer Batterieladung, sind die Zukunft. Die Frage ist nur: Woher soll die Energie kommen, die allgegenwärtig und „unendlich“ ist? Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass der menschliche Körper eine praktische Energiequelle sein kann. Die Erkenntnis kam zum richtigen Zeitpunkt, da der Markt für tragbare Geräte in den letzten Jahren explodiert ist.

Die sogenannten „Elektroceuticals“ stehen im Gegensatz zur klassischen Pharmazie und Medizin, weil Experten dies immer mehr vorhersagen Menschen, die auf tragbare Geräte zur Überwachung und Aufrechterhaltung ihrer Gesundheit angewiesen sind, wie zum Beispiel implantierte Elektrostimulatoren, Herzschrittmacher, Blutdruck- und Herzfrequenzmessgeräte.

„Biobatterien“ und der Prozess der Energiegewinnung aus externen Quellen könnten solche Geräte energieautonom machen und so invasive Eingriffe zum Austausch leerer Batterien überflüssig machen. Gleichzeitig würden wir die Möglichkeit falsch implantierter Geräte, deren Infektion oder unerwünschter Folgebewegungen verringern.

Seit Beginn des zweiten Jahrtausends entwickelt der Beruf Geräte, die durch den menschlichen Körper angetrieben werden können. Bisher gab es keine großen Erfolge. Die Technik bzw. Geräte waren einfach zu vielč Dabei werden minimale Mengen an elektrischer Energie verbraucht, die durch die natürlichen Prozesse des menschlichen Körpers gewonnen werden können. Nach zwei Jahrzehnten der Bemühungen gelang den Experten jedoch ein großer Sprung. Dank gilt auch den Entwicklern tragbarer Geräte, denen es in den letzten 10 Jahren gelungen ist, Geräte zu entwickeln, die extrem wenig Energie verbrauchen. Damit öffneten sie den Weg für Ideen und Prototypen, die die Leistungsfähigkeit nutzen können unseres Körpers.

Ein Kraftwerk mit Zellenantrieb

Einfach ausgedrückt sind Zellen biochemische Batterien, die süßen Kraftstoff in Energie umwandeln. Das deutsche Startup Celtro macht sich diese Energiequelle zunutze, indem es Mikronadelanordnungen verwendet, die den meisten Batterien kleine Energiemengen entziehen können. einhunderttausendč Zellen. Das erste Produkt des deutschen Unternehmens wird ein kleiner autonomer Herzschrittmacher sein. „Muskelkontraktionen beginnen wie beim Herzen an einem Punkt und breiten sich dann im gesamten Herzmuskel aus“, sagt CEO und Mitbegründer Gerd Teepe. „Unsere Idee war es, Energie auf mehr Punkte, mit einem Timer würden wir uns diese Wellenbewegung des Muskels zunutze machen.“ Zusätzlich zur Energiegewinnung werden mehrere spezielle Mikronadeln in das Herzgewebe eingeführt, um das Herz zu überwachen und Unterstützung zu leisten; mit elektrischer Stimulation, um bei Bedarf den Herzrhythmus wiederherzustellen. Im Jahr 2021 gelang es Celtro, genügend Mittel zu sammeln, um mit Laborstudien zu beginnen, um die Anwendbarkeit des Konzepts zu beweisen.

Brennstoffzellen aus Papier

Das französische Startup BeFC entwickelt Biobatterien mit grünen Referenzen. Das bedeutet, dass die Brennstoffzelle Schichten aus Kohlenstoff, Zellulose, Glukose und einigen proprietären Enzymen verwendet. Durch die Zugabe einer Flüssigkeit wie Blut oder Urin wird eine Reaktion ausgelöst, die Strom erzeugt. Ihr Produkt in Form von Papierpflastern könnte Einweg-Diagnosegeräte und Sensoren zur kontinuierlichen Überwachung von Erkrankungen betreiben, beispielsweise Glukose-Überwachungskits für Diabetiker. Nach dem Gebrauch können die Brennstoffzellen sogar kompostiert werden, im Gegensatz zu anderen Miniaturbatterien, die irgendwann auf der Mülldeponie landen. BeFC befindet sich derzeit in der Fundraising-Phase. Sie gehen davon aus, im Jahr 2024 mit ihren Produkten auf den Markt zu kommen.

#141 Zentralstimulator mit piezoelektrischem Energiekollektor

CAIRDAC mit Sitz in Paris entwickelt einen Herzschrittmacher, der vom Herzen des Patienten angetrieben wird. Der wasserlose Herzschrittmacher ist in einer Kapsel verpackt, die einen piezoelektrischen Energie-Harvester enthält – #128;“ ein Pendel, das durch Herzschlag, Blutfluss und Vibration schwingt. Die Schwingungen werden in Elektrizität umgewandelt und gespeichert, bis das Gerät erkennt, dass das Herz einen Ruck benötigt, um den Rhythmus neu zu ordnen. Das Startup-Unternehmen hat kürzlich 17 Millionen Euro gesammelt, um die präklinischen Tests und den Übergang zu Versuchen am Menschen fortzusetzen.

Sensoren und Implantate mit Solarenergie versorgen?

Solarzellen haben sich in den letzten zwei Jahren auf vielen Haushaltsdächern ausgebreitet. Selbst in Slowenien gab es zeitweise eine lange Warteschlange für die Errichtung eines unabhängigen Solarkraftwerks. Forscher der Monash University in Melbourne haben herausgefunden, dass ein unter der Haut angebrachtes Solarpanel bei direkter Sonneneinstrahlung bis zu 10 % Solarpanelenergie erzeugen kann. Dies reicht aus, um Geräte mit extrem geringem Verbrauch zu versorgen. Ein paar Stunden Aufladen in der Sonne würden für den 24-Stunden-Betrieb eines Temperatursensors, der in den menschlichen Körper implantiert werden kann, ausreichen. Der optimale Ort für die Implantation des Solarpanels liegt den Forschern zufolge zwischen Hals und Schulter.

Herz aus Wasserkraft

Miniturbinen könnten den Blutfluss nutzen und in Strom umwandeln, das hat zumindest die Universität Bern herausgefunden. Dort haben Forscher eine Turbine in Form eines Torpedos entworfen, die in ein Blutgefäß im Herzen implantiert werden könnte und so eine Methode zur Stromerzeugung mithilfe des Blutflusses etablieren, ähnlich wie die Wasserkraft funktioniert. Eine große Herausforderung, der sie sich aktiv stellen, besteht darin, die Bildung von Blutgerinnseln an den Turbinenschaufeln zu verhindern. In Labortests konnte ihre Turbine genug Energie erzeugen, um handelsübliche wasserlose Herzschrittmacher anzutreiben.

Piezoelektrischer Patch

Das italienische Startup PiezoSkin behauptet, ein ultradünnes piezoelektrisches Hautpflaster entwickelt zu haben, das gleichzeitig menschliche Bewegungen messen und daraus Energie gewinnen kann. In einer der Studien wurde das Pflaster zur Überwachung der Nackenbewegungen bei Menschen mit Dysphagie (Schluckbeschwerden) verwendet, es könnte aber auch zur Überwachung und zum Pumpen der Muskeln mithilfe anderer Körperbewegungen und Vibrationen verwendet werden. Ähnlich wie die anderen Prototypen könnten PiezoSkin-Pflaster auch genug Energie produzieren, um kleinere Geräte mit Strom zu versorgen.

Wärmeversorgung?

Im Durchschnitt gibt der menschliche Körper täglich 100 Watt Wärmeenergie ab, was laut dem Schweizer Unternehmen Mithras ausreichen könnte, um tragbare Biosensoren und Implantate anzutreiben. Ihre thermoelektrischen Netzteile, sogenannte TEGs, erzeugen elektrische Energie, indem sie den Temperaturunterschied zwischen Körper und Umgebung ausnutzen. Das Unternehmen schätzt, dass sein TEG-Hautpflaster mit einem Temperaturunterschied von 5 Grad Celsius ein Cochlea-Implantat vollständig mit Strom versorgen könnte.