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University of Colorado Boulder | Xiao Lab

© University of Colorado Boulder | Xiao Lab | Ein thermoelektrisches tragbares Gerät, das als Ring getragen wird.

Neues tragbares Gerät verwandelt den Körper in eine Batterie

Forscher der University od Colorado Boulder haben ein neues, kostengünstiges tragbares Gerät entwickelt, das den menschlichen Körper in eine biologische Batterie verwandelt.

Das Gerät ist so dehnbar, dass es wie ein Ring, ein Armband oder ein anderes Accessoire getragen werden kann, das die Haut berührt. Es nutzt auch die natürliche Wärme einer Person und verwendet thermoelektrische Generatoren, um die Innentemperatur des Körpers in Elektrizität umzuwandeln.

„In Zukunft möchten wir tragbare Elektronik ohne Batterie betreiben können“, so Jianliang Xiao, außerordentlicher Professor an der Paul M. Rady-Abteilung für Maschinenbau an der CU Boulder.

Das Konzept mag wie etwas aus einem Matrix-Film klingen , in dem Roboter Menschen versklavt haben, um ihre kostbare organische Energie zu ernten. Xiao und seine Kollegen sind nicht so ehrgeizig: Ihre Geräte können pro Quadratzentimeter Hautfläche etwa 1 Volt Energie erzeugen – das istweniger Spannung pro Fläche als die meisten vorhandenen Batterien, aber immer noch genug, um Elektronik wie Uhren oder Fitness-Tracker mit Strom zu versorgen.

Das neue Gerät ist dehnbar, soll sich bei Beschädigung selbst regenerieren und ist vollständig recycelbar – was es zu einer saubereren Alternative zur herkömmlichen derzeitigen Elektronik macht.

„Wann immer Sie eine Batterie verwenden, verbrauchen Sie diese und müssen sie schließlich ersetzen“, sagt Xiao. „Das Schöne an unserem thermoelektrischen Gerät ist, dass man es tragen kann und es mit konstanter Leistung versorgt.“

Hightech-Bling

Das Projekt ist nicht Xiaos erster Versuch, Mensch und Roboter zu verschmelzen. Zuvor experimentierten er und seine Kollegen mit der Entwicklung von „elektronischer Haut“, tragbaren Geräten, die ähnlich wie echte menschliche Haut aussehen und sich verhalten. Diese Android-Epidermis muss jedoch an eine externe Stromquelle angeschlossen werden, um zu funktionieren.

Die neueste Innovation beginnt mit einer Basis aus einem dehnbaren Material namens Polyimin. Die Wissenschaftler stecken dann eine Reihe dünner thermoelektrischer Chips in diese Basis und verbinden sie mit Flüssigmetalldrähten. Das Endprodukt sieht aus wie eine Kreuzung zwischen einem Kunststoffarmband und einem Mini-Computer-Motherboard oder vielleicht einem technischen Diamantring.

„Unser Design macht das gesamte System dehnbar, ohne das thermoelektrische Material stark zu belasten, was sehr spröde sein kann“, erklärt Xiao.

Während Sie sich bewegen, z.B. gehen oder joggen, erwärmt sich Ihr Körper und diese Wärme wird an die kühle Luft um Sie herum abgegeben. Das Gerät von Xiao erfasst diesen Energiefluss, anstatt ihn zu verschwenden.

„Die thermoelektrischen Generatoren können die Wärme nutzen, die normalerweise an die Umwelt abgegeben wird“, sagt der Professor.

Wie Legoblöcke

Er fügt hinzu, dass die Leistung leicht gesteigert werden kann, indem weitere Generatorblöcke hinzugefügt werden. „Es ist, als würde man ein paar kleine Lego-Teile zu einer großen Struktur zusammenfügen. Es gibt dadurch viele Optionen für die Anpassung.“

Xiao und seine Kollegen errechneten z.B. dass eine Person, die einen flotten Spaziergang macht, mit einem Gerät von der Größe eines typischen Sportarmbandes etwa 5 Volt Strom erzeugen könnte – das ist mehr als heute viele Uhrenbatterien brauchen.

Wie die elektronische Haut sind die neuen Geräte so widerstandsfähig wie biologisches Gewebe. Wenn das Gerät beispielsweise reißt, können die abgebrochenen Enden zusammengedrückt werden, und sie werden in wenigen Minuten wieder versiegelt. Und wenn das Gerät wirklich am Ende des Lebenszyklus sein sollte, kann es in eine spezielle Lösung eingetaucht werden, die die elektronischen Komponenten trennt und die Polyiminbasis auflöst. Jeder einzelne dieser Bestandteile kann dann wieder verwendet werden.

„Wir versuchen, unsere Geräte so billig und zuverlässig wie möglich zu gestalten und gleichzeitig die Umwelt so wenig wie möglich zu belasten“, sagt Xiao.

Obwohl es mit dem Design noch einige Probleme zu lösen gibt, glaubt er, dass die Geräte in fünf bis zehn Jahren auf den Markt kommen könnten.

Die University of Colorado arbeitet bei der Entwicklung mit Forschern des chinesischen Harbin Institute of Technology, der Southeast University, der Zhejiang University, der Tongji University und der Huazhong University of Science and Technology zusammen.

Quelle

University of Colorado Boulder 2021 | Übersetzt: oekonews.at / holler 2021

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