Sensorpflaster bezieht Strom aus Schweiß
Quelle der Neuentwicklung des Caltech ist eine winzige Brennstoffzelle aus Nanoröhrchen
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Innovatives Sensorpflaster mit Stromversorgung durch Schweiß (Foto: caltech.edu) |
Pasadena (pte022/23.04.2020/13:30) Ein flexibler Multisensor von Forschern des California Institute of Technology (Caltech) http://caltech.edu , der direkt auf die Haut geklebt wird, registriert eine Vielzahl von Informationen wie Pulsfrequenz und Körpertemperatur. Das Besondere an dem Gerät: Es benötigt keine Batterie. Es bezieht seinen Strom aus dem Schweiß seines Trägers.
Äußerst umweltverträglich
Im Schweiß ist ein hoher Anteil an Laktat, das als Biobrennstoff genutzt wird. Im sensorenbestückten Pflaster befindet sich auch eine Brennstoffzelle, die Laktat absorbiert. Zusammen mit Sauerstoff aus der Luft entstehen daraus Pyruvat, ein wichtiges Zwischenprodukt im aeroben und anaeroben Stoffwechsel, sowie Strom, der für die Energieversorgung der Sensoren und eines Bluetooth-Senders genutzt wird. Letzterer übermittelt die gesammelten Daten in Echtzeit an einen Empfänger, etwa ein Smartphone.
"Eine der größten Herausforderungen bei tragbarer Elektronik ist die Energieversorgung. Viele nutzen Batterien, doch das ich nicht umweltverträglich", sagt Caltech-Forscher Wei Gao. Andere hätten es mit kleinen Solarzellen versucht, doch das sei wenig komfortabel. "Deshalb wollten wir wissen, ob es möglich ist, allein mit Schweiß ausreichend Strom für Sensoren und Sender zu produzieren." Gao entschied sich gegen die Near Field Communication, weil Sender und Empfänger ganz nah beieinander sein müssen, damit der Datenaustausch klappt, etwa beim kontaktlosen Bezahlen. Bluetooth hat eine deutlich größere Reichweite, benötigt aber deutlich mehr Strom.
Pflaster vor allem für Sportler
Den höheren Energiebedarf für Bluetooth nahm Gao in Kauf, weil seine Brennstoffzelle genug Energie vorhält. Sie besteht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und winzigen Mengen an einer Platin-Cobalt-Verbindung, die als Katalysator fungiert. Dazu kommt ein Enzym, das das Laktat aufbricht. Diese Anordnung kommt auf eine Leitung von mehreren Milliwatt pro Quadratzentimeter.
Außer Körpertemperatur und Pulsfrequenz misst das Pflaster den Blutzuckergehalt und registriert Stoffwechselprodukte, die Indikatoren für die Gesundheit sind. Es ist vor allem für Sportler gedacht, die ihren Körper nicht überbelasten, sondern genau die Grenze der Belastbarkeit erreichen wollen. Die Brennstoffzelle kann auch in Verbindung mit Sensoren zur kontaktlosen Steuerung von Robotern eingesetzt werden.
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