Energy Harvesting MIT nutzt Ohrstrom

MIT-Forscher haben eine Möglichkeit gefunden, eine Stromquelle im Körper anzuzapfen. Diese liefert Strom für das Hören, kann aber auch einen Chip betreiben.

Energy Harvesting ist die Versorgung eines Systems mit Energie aus seiner Umgebung: Genau diesem Prinzip folgen Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) mit ihrer neuen Entwicklung: einem Ohrimplantat, das vom Ohr mit Strom versorgt wird.

Der am MIT entwickelte Chip im Größenvergleich: Er passt ins Mittelohr. (Foto: Patrick P. Mercier/MIT)

Im Ohr eines Säugers befinde sich eine natürliche Batterie, erklären die Wissenschaftler um Konstantina Stankovic. Das ist eine kleine Kammer in der Hörschnecke, die mit Kalium- und Natrium-Ionen gefüllt ist. Sie ist durch eine Membran geteilt. Einige Zellen der Membran pumpen Ionen auf die andere Seite. Ein Ungleichgewicht von Kalium- und Natrium-Ionen auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran erzeugt eine elektrische Spannung.

Strom zum Hören

Der Ohrgenerator liefert Strom für die Signalübertragung: Im Ohr wird die Vibration des Trommelfells in elektrochemische Signale umgewandelt. Diese werden an das Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet. Das elektrische Potenzial aus der Ionenkammer wird für diese Nervensignale genutzt.

Stankovic und ihre Kollegen haben einem Meerschweinchen Elektroden in die Ionenkammer eingesetzt. Diese schlossen sie an einen kleinen Chip an, der eigens dafür entwickelt wurde. Er sammelte Daten über die Chemie im Ohr des Tiers und funkte diese an einen Computer. Das Meerschweinchen habe normal auf Hörtests reagiert.

Spannungsschwankungen

Den Strom zu nutzen, um etwa ein Innenohrimplantat zu betreiben, ist indes schwierig: Die Spannung ist sehr gering und schwankt. Außerdem darf nur ein geringer Teil des Stroms für das Gerät genutzt werden, damit die Signalübertagung zum Gehirn nicht beeinträchtigt wird. Der Chip hat deshalb einen Kondensator, der Strom speichern kann, damit genug Energie für die Funkeinheit zur Verfügung steht.

Der Ohrgenerator sei seit rund 60 Jahren bekannt, sagt Stankovic. Bisher habe aber noch niemand versucht, ihn dazu zu nutzen, elektronische Geräte zu betreiben. Diese könnten künftig beispielsweise die biologische Aktivität im Ohr von Menschen mit Hör- oder Gleichgewichtsstörungen überwachen oder Daten darüber liefern, wie eine Therapie anschlägt.