08/03/2012 - Forschung. Marker mit eigener Herzenergie versorgt

Menéame

Eine neue Methode der Energie für Herzschrittmacher nutzt eine unerfahrene Quelle: die Schwingungen des Herzklopfens selbst. Mit dieser Methode könnte man eines Tages die Operation zum Ersatz der Batterie entfernen

Energieforscher an der Universität von Michigan entwickelten ein Artefakt, das die Energie der Reverberation des Herzalpins in der Brust erfasst und in Elektrizität für den Betrieb eines Herzschrittmachers oder eines implantierten Defibrillators umwandelt. Diese Mini-Medizinmaschinen senden elektrische Signale an das Herz, damit es weiterhin mit gesundem Tempo pulsiert. Durch die Übernahme der Funktion der Batterien, die ihnen jetzt Energie geben, könnte das neue System den Patienten die wiederholten Operationen ersparen, die jetzt die einzige Möglichkeit sind, die Batterien, die fünf bis zehn Jahre dauern, zu ersetzen.

"Die Idee ist es, die Umweltschwingungen zu nutzen, die normalerweise verschwendet werden und in elektrische Energie umgewandelt werden," sagte Amin Karami, ein Forscher in der Abteilung für Luft- und Raumfahrttechnik der UM. "Wenn Sie Ihre Hand auf Ihr Herz legen, können Sie diese Vibrationen im gesamten Rumpf spüren."

Die Forscher haben noch keinen Prototyp gebaut, haben aber detaillierte Diagramme erstellt und Simulationen durchgeführt, die zeigen, dass das Konzept funktionieren würde. Dies ist die Art und Weise, wie er es tun würde: Eine Folie mit 0,0254 Zentimeter Dicke (ein Hundertstel Zoll) eines speziellen "piezoelektrischen" keramischen Materials erfasst im Wesentlichen die Vibrationen des Herzalpins und reagiert kurz dehnend. Piezoelektrische Materialien sind bekannt geworden, weil sie den mechanischen Stress (der sie expandiert) in eine elektrische Spannung verwandeln können.

Karami und seine Kollegen Daniel Inman, Leiter der Luft- und Raumfahrttechnik bei der UM, haben die genaue Technik der Keramikfolie in einer Form entwickelt, die Vibrationen in einer breiten Bandbreite von Frequenzen erfassen kann. Sie haben auch Magnete eingebaut, deren zusätzliche Feldstärke das elektrische Signal, das sich aus diesen Schwingungen ergibt, drastisch vervielfachen kann.

Das neue Artefakt könnte sich entwickeln. 10 Mikrowatt Energie, was achtmal so viel Energie wie ein Herzschrittmacher benötigt, um zu operieren, sagte Karami. Sie erzeugt immer mehr Energie als der Herzschrittmacher benötigt und arbeitet mit Herzfrequenzen von 7 bis 700 Herzklopfen pro Minute. Das ist weit unter und weit über dem normalen Bereich.

Ein Artikel über diese Untersuchung mit dem Titel "Powering packemakers from hearbeat vibrations using linear and nonlinear energy harvesters" wird in der aktuellen gedruckten Ausgabe der Zeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht.

Die Forschung wird vom Nationalen Institut für Normen und Technologie und vom Institut für kritische Technologie und angewandte Wissenschaft in Virginia Tech finanziert.

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