Pacemakers werken op batterijen, die af en toe vervangen moeten worden en heel soms problemen geven. Daarom hebben Chinese onderzoekers een pacemaker ontwikkeld die geen batterij nodig heeft. Hij oogst energie uit de beweging van het hart zelf. Bij varkens werkt het, maar voor mensen wekt het nog te weinig stroom op.
De pacemaker die de Chinese onderzoekers hebben ontwikkeld, haalt zijn energie uit een foliedie op de buitenkant van het (varkens)hart wordt aangebracht, meldt The Engineer. Als het hart klopt, dan vervormt de folie steeds, zodat die met een slim mechanisme een klein beetje stroom opwekt. Die elektriciteit wordt opgeslagen in een condensator, van waaruit de pacemaker weer zijn stroom haalt om het hart de benodigde pulsjes te geven. De details staan in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications dat deze week verscheen.
Folie
Centraal in dit systeem staat de stroomopwekkende folie. Die vertoont het zogeheten tribo-elektrische effect, waarbij twee materialen die langs elkaar wrijven, een elektrische spanning opwekken. In dit geval is de folie opgebouwd uit een laagje titanium, dat fungeert als statische laag, met daarop een laag PTFE (de kunststof polytetrafluorethyleen), van elkaar gescheiden door een sponsachtig laagje van polymeer.
Wanneer de folie wordt ingedrukt (door beweging van het varkenshart), gaat er een kleine stroom lopen, die de condensator een klein beetje oplaadt. Als die vol genoeg zit, kan de pacemaker zijn pulsen naar het hart sturen. In de experimenten van de Chinese onderzoekers duurde het 3 uur en 20 minuten voor die condensator voldoende vermogen had verzameld om de pacemaker één minuut te laten werken.
Efficiëntie omhoog
Dat is dus nog bij lange na niet voldoende voor een praktische toepassing op mensen. Eerst moet de efficiëntie waarmee de folie beweging omzet in elektriciteit nog flink omhoog. Een ander nadeel van de zelf-opladende pacemaker is dat er een openhartoperatie voor nodig is om hem op de gewenste plek te brengen. Tenminste, als je het hart wil gebruiken als energiebron. ‘Maar je zou het apparaatje ook op een andere spier dan het hart kunnen aanbrengen. Dan is dit geen probleem’, zegt universitair docent Charles Pearman van de afdeling Cardiovasculaire wetenschappen van The University of Manchester tegen The Engineer.
Sensoren op treinen
Er zijn trouwens nog andere manieren om elektriciteit te oogsten uit beweging. Zo doet de winnaar van de Prins Friso Ingenieursprijs van 2018, Nima Tolou, het met een mechanische oscillator, die de energie uit trillingen oogst. Tolou wil dit mechanisme gebruiken om kleine sensoren op treinen of zeecontainers van stroom te voorzien.
Beeldmateriaal Ouyang et al., Nature Communications, 2019.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.