Das Kaukraftwerk fürs Hörgerät

Energy-Harvesting-System für Hörgeräte gewinnt Strom aus Kieferbewegungen

Chemnitzer Forscher entwickeln ein System, das Kieferbewegungen in elektrische Energie wandeln soll. Das Energy-Harvesting-System soll Hörgeräte mit Strom versorgen.

Wir tragen immer mehr mobile Geräte mit uns herum, die alle mit Strom versorgt werden wollen. Forscher suchen nach Möglichkeiten, Akkus anders wieder aufzuladen als mit einem Ladegerät. Energy Harvesting werden solche Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Umgebung genannt.

"Unter Energy Harvesting versteht man die Versorgung eines Systems mit Energie aus seiner unmittelbaren Umgebung. Im Gegensatz zu den allgemein bekannten Energiequellen der Natur wie Licht und Wind rücken hier vor allem Vibrationen, Temperaturunterschiede, Luftströmungen und mechanische Bewegungen in den Fokus der Betrachtungen", erklärt Olfa Kanoun, die an der TU Chemnitz eine Forschungsgruppe zu diesem Thema leitet. Dabei werden beispielsweise das Hemd, der Schuh oder das Knie zum Kraftwerk.

Olfa Kanoun und ihr Team (Foto: Heiko Kießling)

Die Chemnitzer Gruppe entwickelt derzeit ein System, das Strom für Hörgeräte erzeugen soll. Die Idee: Der Träger lädt die Akkus bei Essen, denn die Energie wird durch die Bewegungen des Kiefers erzeugt. Der Kiefer sei als Energiequelle sehr gut geeignet, weil die Energie dort gewandelt werde, wo sie auch gebraucht wird, erläutert Kanoun. Ist das Konzept fertig, wollen die Chemnitzer das System zusammen mit einem Industriepartner umsetzen.

Das Kaukraftwerk stellt die Wissenschaftler jedoch noch vor Herausforderungen. So darf der elektromechanische Wandler, der aus den Vibrationen des Kiefers Strom erzeugt, nur etwa die Größe eines Stecknadelkopfes haben, damit er in ein Hörgerät passt. Ein anderes Problem, mit dem sich die Forscher derzeit intensiv beschäftigen, ist das Energiemanagement. Das ist nötig, damit der Generator die unregelmäßigen Kieferbewegungen in eine konstante Spannung wandelt.

Nach Angaben der Wissenschaftler hört jeder zehnte Deutsche schlecht, 20 Prozent der Schwerhörigen trügen ein Hörgerät. Ein Hörgerät verbrauche bis zu 60 Batterien im Jahr. "Allein in Deutschland werden rund 1,6 Milliarden Batterien jährlich verwertet. Auch wenn man nur einen Teil dieser einsparen könnte, würde man nicht nur einen wesentlichen Beitrag für die Umwelt leisten, sondern auch die Mobilität, Flexibilität und den Komfort für die Anwender deutlich verbessern können", sagt Kanoun

Auf der Suche nach einer geeigneten Energiequelle hatten die Chemnitzer Forscher zunächst nach der Stelle des menschlichen Körpers gesucht, die die meiste Energie abgibt. Dazu hatten die Wissenschaftler Probanden mit Sensoren an Händen, Kiefer und Beinen ausgestattet und sie bei verschiedenen Tätigkeiten wie Lesen, Essen und Laufen beobachtet. "Mit den gemessenen Bewegungen haben wir dann ein theoretisches Modell für einen entsprechenden Energiewandler aufgestellt, um abschätzen zu können, durch welche Bewegung die größte Energie abgefangen werden kann", so Kanoun. Zu ihrer Überraschung stellten die Forscher fest, dass nicht, wie sie erwartet hatten, aus den Vibrationen bei Laufbewegungen, sondern aus den Bewegungen des Kiefers beim Kauen und Sprechen die meiste Energie geerntet werden kann.

Sollte sich dieses Konzept durchsetzen, haben Schüler in Zukunft eine gute Ausrede, während des Unterrichts Kaugummi zu kauen: "Ich lade den Akku von meinem Rechner."