Prinzip Nutzbremse Knie-Dynamo lädt Handy auf

Kanadische Forscher haben einen Knie-Dynamo entwickelt, der beim Gehen Strom liefert. Mit dem Gerät lassen sich Handys aufladen oder motorisierte Gelenkprothesen betreiben. Die Technik ähnelt der von Hybrid-Autos: Der Dynamo gewinnt Energie aus der Abbremsbewegung des Unterschenkels.


Es wiegt 1,6 Kilogramm und sieht aus wie eine orthopädische Kniestütze. Doch das von kanadischen Forschern entwickelte Gerät soll nicht Schmerzen lindern oder das Bein stabilisieren, sondern Strom liefern. Seitlich ist ein kleiner Generator montiert, der besonders in der letzten Phase der Bewegung - beim Vorausschwingen des Beins - angetrieben wird.

Der Knie-Dynamo funktioniert wie eine Nutzbremse von Lokomotiven oder Hybrid-Autos. Der Generator bremse lediglich das Vorwärtsschwingen des Unterschenkels, erklärt Max Donelan von der Simon Fraser University in Burnaby, Kanada. Normales Laufen ohne Knie-Dynamo kostete seinen Probanden im Test eine Leistung von durchschnittlich 307 Watt. Mit dem eingeschalteten Dynamo am Knie waren es 371 Watt, also rund 20 Prozent mehr.

Dieser Mehraufwand sei noch inakzeptabel hoch, schreiben Donelan und seine Kollegen im Wissenschaftsmagazin "Science" (Bd. 319, S. 807). Er lasse sich aber aller Voraussicht nach durch neue, leichtere Versionen des Gerätes verringern. Damit könne auch noch mehr Bewegungs- in elektrische Energie gewandelt werden.

Optimistisch stimmt die Forscher der Vergleich des Energieaufwands bei ein- und ausgeschaltetem Generator. Ohne Stromerzeugung - aber mit angelegtem Knie-Dynamo - benötigten die Probanden im Schnitt 366 Watt. Den Mehraufwand von fast 60 Watt im Vergleich zum Laufen ohne Gerät führen Forscher auf seine noch relativ hohe Masse zurück. War der Generator angelegt und eingeschaltet, stieg der Energieverbrauch um 5 auf 371 Watt, zugleich wurden aber fast fünf Watt elektrische Leistung erzeugt. Ein sehr gutes Verhältnis: Bei Handkurbelgeneratoren ist die Energiegewinnung im Vergleich dazu teuer, da der Mensch hier durchschnittlich mehr als sechs Watt für jedes generierte Watt aufbringen muss.

"Man kann an verschiedenen Stellen des Körpers Energie gewinnen", sagte Arthur Kuo von der University of Michigan, Mitautor der Studie. Das Knie sei aber vermutlich die beste Stelle. Beim Laufen werde Energie freigesetzt, zum Beispiel beim Auftreten auf den Boden. Doch nicht alle Energie gehe beim Laufen verloren. Der Körper könne sie beispielsweise auch in den Sehnen speichern, die wie Federn funktionierten.

Mit dem Knie-Dynamo könnten in Zukunft tragbare GPS-Geräte, Handys, medizinische Implantate oder auch motorisierte Gelenkprothesen während des Wanderns mit Strom versorgt werden, glauben die Forscher. "Wie haben gezeigt, dass es funktioniert", sagte Kuo.

Um die Energiebilanz zu messen, nutzten die Forscher ein übliches Verfahren aus der Sportmedizin: Sechs Freiwillige testeten den Dynamo auf einem Laufband bei einer Laufgeschwindigkeit von 5,4 km/h. Dabei wurden ihr Sauerstoff-Verbrauch und die Kohlendioxid-Produktion gemessen - daraus lässt sich der Energieumsatz der Probanden bestimmen.

hda/ddp/dpa



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