Energy Harvesting: Mit Körperwärme Gehirnströme messen

Das belgische Forschungszentrum IMEC hat ein batterieloses 2-Kanal-EEG entwickelt, das Körperwärme und Umgebungslicht zur Stromerzeugung nutzt.

Im EEG, das wie ein Kopfhörer getragen wird, ist eine Hybrid-Stromversorgung integriert, die aus einen thermoelektrischen Generator und Silizium-Photovoltaikzellen besteht. Der Generator wandelt die Wärme, die der menschliche Körper an den Schläfen abgibt, in elektrische Energie um. Er besteht aus sechs miniaturisierten Thermoelementen, die links und rechts am Kopf getragen werden. Kammartige Wärmeleiter stellen eine Wärmeleitbrücke zwischen der Kopfhaut und den Thermoelementen her.

Die Thermoelemente sitzen links und rechts am Kopf. Darauf sind auf beiden Seiten Photovoltaik-Zellen aufgebracht. Diese sollen den Leistungsabfall des thermoelektrischen Generators ausgleichen, wenn sich die Umgebungstemperatur – vor allem bei Sonneneinstrahlung – der Körpertemperatur annähert. Die Umgebungshelligkeit in einem geschlossen Raum reicht dabei aus, um zusammen mit dem thermoelektrischen Generator genug elektrische Energie für das EEG zu liefern. Insgesamt erzeugt das System 1 Milliwatt Leistung.

Die so erzeugte elektrische Energie versorgt einen vom IMEC entwickelten Ultra-Low-Power-ASIC für Biopotenial-Messungen. Ein digitaler Signalprozessor codiert die erfassten EEG-Daten, die dann drahtlos an einen PC übertragen werden. Das gesamte System benötigt insgesamt 0.8 Milliwatt, liegt also 0,2 Milliwatt unter der systemerzeugten Leistung. Zukünftige Ziele der Forschergruppe ist es, die Energieaufnahme der einzelnen Komponenten noch weiter zu verringern und in Hinblick auf eine spätere Kommerzialisierung die Herstellungskosten zu senken.

Das EEG ist Teil des Forschungsprogramm »Human++« in dem die belgisch-niederländischen Forschungseinrichtungen Holst Centre und IMAC »Body Area Networks«, also funkbasierte Sensornetzwerke am Körper für die Bereiche Medizin, Gesundheit und Sport entwickeln.