Energie ernten – Stromversorgung bei »wearable electronics«

Ein grundlegendes Problem bei Elektronik, die am Körper getragen wird, ist die Stromversorgung. Obwohl Energy Harvesting eigentlich prädestiniert dafür ist, sind es momentan kleine Solarmodule, die als Stromversorgung für »wearable electronics« schon zur Marktreife gelangt sind.

Energy Harvesting – Die Zaubermaschine

Das Energy-Harvesting-Prinzip, also Strom beispielsweise aus alltäglichen Bewegungen, Körperwärme oder Muskelkontraktionen zu gewinnen, scheint wie geschaffen für die Energieversorgung körpernaher Elektronik, bietet doch der Körper gleich mehrere Energiequellen, die ständig angezapft werden könnten. Geforscht wird deshalb viel auf diesem Gebiet: Das Schweizer Forscherteam des Wearable-Computing-Labor der ETH Zürich hat beispielsweise in einem Praxistest die Stellen am menschlichen Körper lokalisiert, an denen sich mithilfe von piezoelektrischen Systemen am meisten Energie aus den natürlichen Bewegungen gewinnen lässt. Ihr Ergebnis: Die größte Energieausbeute wäre an den Beinen möglich.

Kanadische Forscher, die wohl auf ein ähnliches Ergebnis kamen, entwickelten sogar einen »Kniegenerator«, der einige Milliwatt aus den Bewegungen des Kniegelenks während des Laufens gewinnt. Der 1,6 Kilogramm schwere Apparat erzeugt ca. 2,5 Watt, oder »10 Minuten Handy-Gesprächszeit pro gelaufene Minute«, so Max Donelan, der zusammen mit Kollegen der Simon Fraser University im kanadischen Burnaby den Generator entwickelt hat. Doch bis sich jeder so einen Apparat ans Knie schnallt, wenn der Handy-Akku zur Neige geht, wird wohl noch etwas Zeit vergehen. Kommerziell vertreiben die Forscher ihre Entwicklung bisher nicht.

Ebenfalls im Gebiet Energy Harvesting aktiv ist das belgisch/niederländische IMEC-Institut. Dort entwickelten Wissenschaftler ein energieautarkes Sensorstirnband. Das Stirnband, das dazu ausgelegt ist, Gehirnströme zu messen, gewinnt die Energie für die integrierte Sensorik aus der Körperwärme über Thermoelemente direkt an der Schläfe. Doch dem IMEC-Stirnband geht es wie dem Kniegenerator: Sie existieren bisher ausschließlich im Forschungsumfeld.

Solarzellen für die Einkaufstasche

Besser sieht es – was die Marktreife betrifft – bei tragbaren Solarmodulen aus. Hier sind zahlreiche Produkte zumindest im marktnahen Stadium und einige wenige haben den Sprung in die kommerzielle Verfügbarkeit bereits geschafft. Solarmodule für die Stromversorgung der »Wearable Electronics« müssen eigentlich nur eines sein: Tragbar. Unternehmen und Forschungsinstitute forschen sowohl mit starren Polysiliziumzellen als auch mit flexiblen Dünnschicht-Solarzellen. Die Münchner Firma Interactive Wear hat beispielsweise ein Solarmodul entwickelt, das sich in Kleidung einnähen lässt und über eine Ladeelektronik kleine mobile Geräte laden kann. Die so genannte iSolarX-Plattform ist dabei sowohl mit einer Polysilizium-Solarzelle als auch mit flexiblen Dünnschicht-Solarzellen erhältlich – bei letzterem muss lediglich die doppelte Fläche an Solarzellen verfügbar sein, da der Wirkungsgrad der Dünnschicht-Solarmodule wesentlich geringer ist.