Energie aus Vibrationen Herzschläge sollen Strom für Schrittmacher liefern

Die vom schlagenden Herzen ausgelösten Vibrationen reichen aus, um genügend Energie zum Betrieb eines Herzschrittmachers zu gewinnen. Bislang erforderliche Operationen für Batteriewechsel wären überflüssig.

Röntgenaufnahme eines Herzschrittmachers: Künftig keine Batteriewechsel mehr nötig?
REUTERS

Röntgenaufnahme eines Herzschrittmachers: Künftig keine Batteriewechsel mehr nötig?


Eines der größten Ärgernisse bei portablen elektrischen Geräten ist die Stromversorgung. Ob Handy, Rasierer oder Digitalkamera - sie müssen immer wieder an die Ladestation oder benötigen neue Batterien. Forscher glauben, dieses Problem künftig immer öfter mit sogenanntem Energy Harvesting lösen zu können. Die Akkus würden dann nicht von einem Netzteil, sondern beispielsweise durch Vibrationen geladen. Piezoelektrische Materialien, bei denen Verformungen zu elektrischen Spannungen führen, können Vibrationen direkt in Strom umwandeln.

Forscher der University of Michigan wollen dieses Prinzip künftig auch bei Herzschrittmachern anwenden. Die vom schlagenden Herzen ausgelösten Vibrationen könnten dann jene Energie erzeugen, die der Herzschrittmacher für seinen Betrieb benötigt. Ein Herzschrittmacher überwacht die Funktion des Herzens und gibt ihm, falls nötig, die notwendigen Impulse, damit es im richtigen Rhythmus schlägt.

Würde der Schrittmacher seine Energie allein aus den Vibrationen im Brustraum beziehen, wären die bislang alle zehn Jahre nötigen Operationen zum Austausch der Batterien überflüssig. Dies würde nicht nur die Patienten entlasten, sondern dem Gesundheitssystem auch eine Menge Kosten ersparen.

Leistung reicht aus

"Wenn Sie Ihre Hand über das Herz legen, können Sie seine Vibrationen am ganzen Oberkörper spüren", sagt Armin Karami, ein Experte für Luftfahrttechnik. Karamis Team arbeitet bislang in einem ganz anderen Bereich am Energy Harvesting: Spezialkeramiken sollen bei unbemannten Flugzeugen Strom aus den Schwingungen der Flügel gewinnen. Ähnliche Ideen gibt es auch bei Autos. Hier könnten die Unebenheiten der Straße Sensoren mit Energie versorgen, die dann nicht mehr aufwendig verkabelt werden müssen, sofern sie ihre Signale per Funk an den Bordcomputer weiterleiten.

Die Idee, piezomagnetische Materialien zur Stromversorgung von Herzschrittmachern zu verwenden, ist nicht neu. An dem Konzept forscht zum Beispiel auch das Heart-Beat Scavenger Consortium in Frankreich. Die Experten hoffen, dass sie Herzschrittmacher damit auf ein Achtel des heutigen Volumens schrumpfen können. Sie würden dann nur noch einen Kubikzentimeter beanspruchen.

Die Forscher der University of Michigan haben bislang noch keinen Prototypen für die Herzschrittmacher-Stromversorgung gebaut. Sie wollten zunächst mit Simulationen untersuchen, ob ein solches Gerät tatsächlich eine ausreichende Energiemenge liefern kann. Und dies ist tatsächlich möglich. Eine Piezokeramik mit einem Ausmaß von maximal 27x27x6 Millimetern erreiche eine Leistung von zehn Mikrowatt, schreiben die Forscher im Fachblatt "Applied Physics Letters"

Damit könne ein Schrittmacher in den Bereichen von 7 bis 700 Schlägen pro Minute betrieben werden, erklärte Karami. Dies decke auf jeden Fall den üblichen Bereich der Herzfrequenz ab. Ein Herz schlägt zwischen 50- und 100-mal pro Minute (Ruhefrequenz). Bei hohen Belastungen sind je nach Alter und Konstitution auch Werte über 200 möglich.

hda

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