Sensor wandelt Musik in Strom

Ein implantierfähiger Sensor produziert Strom für Herzschrittmacher und andere Implantate

Implantierbarer Drucksensor der Purdue-Universität. Zu Stromerzeugung nutzt er die von den tiefen Frequenzen der Rap-Musik erzeugen Vibrationen | Foto: Birck Nanotechnology, Purdue University

Implantierbarer Drucksensor der Purdue-Universität. Zu Stromerzeugung nutzt er die von den tiefen Frequenzen der Rap-Musik erzeugen Vibrationen | Foto: Birck Nanotechnology, Purdue University

Implantate wie Herzschrittmacher haben eine Achillesferse: Die Stromversorgung. Batterien müssen ausgetauscht werden und die induktive Stromübertragung funktioniert nicht immer. Daher suchen Forscher nach Energiequellen, die direkt im Körper des Nutzers in Strom umgewandelt werden. Energy Harvesting nennt man dieses Verfahren, das nun eine neue Variante bekommen hat.

An der US-Universität von Purdue entwickelte ein Team um Prof. Babak Ziaie in nur wenigen Monaten einen Sensor-Prototypen, der seinen Energiebedarf aus dem Schalldruck von Musik bezieht. Die Besonderheit dabei: Der Sensor ist auf die tiefen, zwischen 200 und 500 Hertz liegenden Frequenzen von Rap-Musik optimiert.

Aufbau und Funktionsprinzip des piezoelektrisch versorgten Drucksensors | Foto: Birck Nanotechnology, Purdue University

Aufbau und Funktionsprinzip des piezoelektrisch versorgten Drucksensors | Foto: Birck Nanotechnology, Purdue University

Das Herz des Sensors bildet ein piezoelektrisches Element, das an einem Ende fixiert ist und von den akustischen Schwingungen in Vibration versetzt wird. Dabei produziert das Element Strom, den in ein Kondensator speichert. Bewegt sich die Musik wieder außerhalb der Resonanzfrequenz, hört der Generator auf zu vibrieren und schickt die elektrische Ladung automatisch zum eigentlichen Drucksensor. Die Energie reicht aus, um die Messung vorzunehmen und das Ergebnis als Funksignal abzuschicken. Das sich das Frequenzspektrum der Musik kontiniuerlich ändert, wechselt der Sensor beständig zwischen Ladungsspeicherung und Messung.

Der Drucksensor ist rund zwei Zentimeter lang, der Durchmesser beträgt nur fünf Millimeter – damit sei er implantierbar, meint Prof. Ziaie. „Die akustische Energie durchdringt die Haut und setzt den Piezo-Hebel in Bewegung“. Es genügt offenbar, wenn der Sensor stündlich nur wenige Minuten Strom erzeugt, um die kontinuierliche Überwachung des Blutdruckes oder der Harnmenge in der Blase zu gewährleisten.

Durch Variation der Größe und des Designs des piezoelektrischen Schwinger lässt sich der Sensor theoretisch auch für andere Musik-Genres anpassen.

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www.purdue.edu

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