Herzschrittmacher: Ultraschall lädt Batterien
Südkoreanische Forscher nutzen das physikalische Phänomen des triboelektrischen Prinzips
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Schematische Darstellung des Ladevorgangs mit Ultraschall (Bild: eng.kist.re.kr/kist_eng) |
Seoul (pte004/20.04.2022/06:10)
Batterien von Herzschrittmachern und anderen implantierten Geräten sowie von Unterwassersensoren, die Seekabel überwachen, werden künftig berührungslos aufgeladen. Forscher des Korea Institute of Science and Technology (KIST) http://kist.re.kr/kist_eng nutzen dazu keine elektromagnetischen Wellen, wie sie beim berührungslosen Laden von Smartphones eingesetzt werden, sondern Ultraschall.
Ultraschall durchdringt Wasser
Im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen kann Ultraschall Wasser durchdringen. Außerdem wird beim Laden keine Wärme frei, die bei Menschen, die etwa Herzschrittmacher nutzen, zu gesundheitlichen Schäden führen kann. Ultraschall ist zudem gesundheitlich völlig unbedenklich. Er wird seit Jahrzehnten beispielsweise genutzt, um Föten im Mutterleib sichtbar zu machen.
Hyun-Cheol Song vom Electronic Materials Research Center am KIST und seine Mitarbeiter nutzen das physikalische Phänomen des triboelektrischen Prinzips. Dies tritt in bestimmten Materialien auf. Ultraschall lässt sie vibrieren. Das erzeugt einen elektrischen Strom, der sich zum Laden von Batterien nutzrn lässt. Bisher war die übertragbare Leistung so gering, dass eine praktische Nutzung unmöglich war. Die Forscher haben das triboelektrische Material deshalb mit einem ferroelektrischen Material angereichert. Diese haben ein Dipolmoment, das sich um 180 Grad dreht, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Warum dieses Phänomen die Übertragungsleistung verbessert, ist noch ein Rätsel.
Leistung für 200 Leuchtdioden
Das neue Material verwertet mehr als vier Prozent der Energie, die per Ultraschall übertragen wird. Bisher genutzte kommen auf weniger als ein Prozent. Es gelang, acht Milliwatt auf einen triboelektrischen Generator zu übertragen, der sich in einer Entfernung von sechs Zentimetern befand. Das reicht für den gleichzeitigen Betrieb von 200 Leuchtdioden. Für Patienten mit einem Herzschrittmacher ist die neue Ladetechnik eine erhebliche Erleichterung und schützt die Gesundheit. Heute müssen die Batterien etwa alle zehn Jahre in einem operativen Eingriff ausgetauscht werden. Das ist zwar Routine bei Chirurgen, doch Nebenwirkungen, etwa der Narkose, sind nie vollkommen auszuschließen.
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