"Ein Team von Bioingenieuren an der Samueli School of Engineering der UCLA hat ein neuartiges, weiches und flexibles bioelektronisches Gerät mit Eigenstromversorgung entwickelt. Die Technologie wandelt die Bewegungen des menschlichen Körpers - vom Beugen des Ellenbogens bis hin zu subtilen Bewegungen wie dem Pulsschlag am Handgelenk - in Elektrizität um, die für die Versorgung von tragbaren und implantierbaren diagnostischen Sensoren verwendet werden könnte". Die Forschungsergebnisse wurden in Nature materials veröffentlicht. "Giant magnetoelastic effect in soft systems for bioelectronics"
"Die Forscher entdeckten, dass der magnetoelastische Effekt, d. h. die Veränderung der Magnetisierung von Material, wenn winzige Magnete durch mechanischen Druck ständig zusammengeschoben und auseinandergezogen werden, auch in einem weichen und flexiblen System auftreten kann - nicht nur in einem starren. Zum Nachweis ihres Konzepts verwendete das Team mikroskopisch kleine Magnete, die in einer hauchdünnen Silikonmatrix verteilt waren, um ein Magnetfeld zu erzeugen, dessen Stärke sich mit der Wellenbewegung der Matrix veränderte. Wenn sich die Stärke des Magnetfelds ändert, wird Elektrizität erzeugt.
"Unsere Entdeckung eröffnet einen neuen Weg für praktische Energie-, Sensor- und therapeutische Technologien, die auf den menschlichen Körper ausgerichtet sind und mit dem Internet der Dinge verbunden werden können", so Studienleiter Jun Chen, Assistenzprofessor für Bioengineering an der UCLA Samueli. "Was diese Technologie einzigartig macht, ist, dass sie es den Menschen ermöglicht, sich bequem zu dehnen und zu bewegen, wenn das Gerät auf die menschliche Haut gedrückt wird, und da sie auf Magnetismus und nicht auf Elektrizität beruht, beeinträchtigen Feuchtigkeit und unser eigener Schweiß ihre Wirksamkeit nicht."
"Chen und sein Team bauten einen kleinen, flexiblen magnetoelastischen Generator (etwa so groß wie ein amerikanischer Vierteldollar) aus einer platinkatalysierten Silikonpolymermatrix und Neodym-Eisen-Bor-Nanomagneten. Anschließend befestigten sie ihn mit einem weichen, dehnbaren Silikonband am Ellbogen einer Versuchsperson. Der von ihnen beobachtete magnetoelastische Effekt war viermal größer als bei vergleichbar großen Vorrichtungen mit starren Metalllegierungen. Infolgedessen erzeugte das Gerät elektrische Ströme von 4,27 Milliampere pro Quadratzentimeter, was 10.000 Mal besser ist als die nächstbeste vergleichbare Technologie."
"Der flexible magnetoelastische Generator ist sogar so empfindlich, dass er menschliche Pulswellen in elektrische Signale umwandeln und als selbstversorgter, wasserdichter Herzfrequenzmesser dienen könnte. Der erzeugte Strom kann auch für die nachhaltige Versorgung anderer tragbarer Geräte wie Schweißsensoren oder Thermometer verwendet werden.
"Es gab bereits Bemühungen, tragbare Generatoren zu entwickeln, die Energie aus den Bewegungen des menschlichen Körpers gewinnen, um Sensoren und andere Geräte mit Strom zu versorgen, aber der Mangel an Praktikabilität hat solche Fortschritte behindert. Beispielsweise lassen sich starre Metalllegierungen mit magnetoelastischen Effekten nicht ausreichend biegen, um sich gegen die Haut zu drücken und sinnvolle Energiemengen für brauchbare Anwendungen zu erzeugen."
"Andere Geräte, die auf statischer Elektrizität beruhen, neigen dazu, nicht genügend Energie zu erzeugen. Ihre Leistung kann auch unter feuchten Bedingungen oder bei Schweiß auf der Haut leiden. Man hat versucht, solche Geräte einzukapseln, um sie vor Wasser zu schützen, aber das mindert ihre Leistungsfähigkeit. Die neuartigen tragbaren magnetoelastischen Generatoren des UCLA-Teams haben sich jedoch auch dann noch bewährt, wenn sie eine Woche lang in künstlichem Schweiß getränkt wurden."
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