Gummi-Antrieb für Herzschrittmacher

Ingenieure an der Engineering School der Princeton University haben eine Gummifolie entwickelt, die auf piezoelektrischer Basis – also durch mechanische Verformung – Strom erzeugt. Denkbar wäre beispielsweise, damit aus den natürlichen Bewegungen des menschlichen Körpers Energie zum Betreiben von Implantaten wie Herzschrittmachern zu erzeugen.

Den Forschern ist es erstmals gelungen, Nanofäden aus dem keramischen Material Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) mit einer dehnbaren, körperverträglichen Gummimischung zu verbinden. Diese Lösung verspricht auch eine hohe Stromausbeute. „PZT ist 100 mal effizienter als Quarz, ein ebenfalls pioezoelektrisches Material“, sagt Michael McAlpine, Professor für Maschinenbau und Raumfahrttechnik in Princeton.

Material-Durchbruch

Piezoelektrische Materialien sind als Sensoren, Aktuatoren oder Energiequellen bereits bewährt. „Die Kristallisation dieser Materialien benötigt für maximale Leistungsfähigkeit aber hohe Temperaturen, die sie inkompatibel zu hitzempfindlichem Plastik und Gummi machen“, so die Princeton-Ingenieure im Fachjournal Nano Letters. Eben diese Einschränkung könne mit ihrer gut skalierbaren Fertigungsmethode überwunden werden. Die entstehenden „Piezo-Gummi-Chips“ könnten Durchbrüche bei der Energieversorgung implantierter Geräte möglich machen.

„Diese Geräte könnten in den Körper eingepflanzt werden, um medizinische Implantate dauerhaft zu betreiben. Es käme nicht zu einer Abstoßung“, meint McAlpine. Langfristig sei es laut Princeton University denkbar, mit einer auf die Lunge aufgebrachten Folie die Atembewegung zu nutzen, um einen Herzschrittmacher zu betreiben. Freilich kann das Material auch für alltäglichere Zwecke genutzt werden – beispielsweise bei Laufschuhen, die Unterhaltungselektronik mit Strom versorgen.

Gängiges Konzept

Die Idee, die menschliche Bewegung mittels piezoelektrischen Materialien in Strom umzusetzen, ist freilich nicht neu und wird bereits kommerziell und für militärische Anwendungen verfolgt. So strebt ein britisches Projekt an, dass Soldaten schon beim Marsch die Akkus ihrer elektronischen Geräte aufladen (pressetext berichtete: http://www.pressetext.com/news/090729003/).

Projektleiter Andrew Bell, Direktor des Instituts für Materialforschung an der University of Leeds http://www.leeds.ac.uk , gibt sich bezüglich der Princetoner Entwicklung gegenüber pressetext etwas skeptisch. „Quarz ist eigentlich ein sehr schlechtes Material für die Energieumwandlung“, kritisiert er den vorgebrachten Vergleich. Auch verweist Bell darauf, dass es bereits Verbindungen piezoelektrischer Materialien mit flexiblen Kunststoffen gibt, beispielsweise beim Unternehmen Smart Material http://www.smart-material.com . Allerdings wird dort mit Polyimid ein hitzebeständiger Kunststoff genutzt.