Die Interaktion zwischen lebenden Organismen und künstlichen Technologien ist einer der faszinierendsten Bereiche in der weiche Robotik (Bio)hybrid. Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern ausItalienisches Institut für Technologie (IIT) von Genua hat ein System geschaffen, das, wenn es in Pflanzen integriert ist, in der Lage ist, sowohl aus Wind als auch aus Regentropfen Energie zu gewinnen. Zusammengefasst: ein künstliches Blatt.
Das Gerät arbeitet bei Regen und Wind und produziert genug Strom, um LED-Leuchten mit Strom zu versorgen und sich selbst zu warten. Mögliche Anwendungen für dieses revolutionäre künstliche Blatt umfassen den Einsatz in der Landwirtschaft und der Umweltüberwachung. Optimal ist die Beurteilung der Pflanzengesundheit und der Wetterbedingungen.
Wie funktioniert das künstliche Blatt des IIT von Genua?
Um zu funktionieren, wird das Gerät in die Blätter einer echten Pflanze eingeführt. Das künstliche Blatt (oder sollte man vielleicht besser von einem „bionischen Blatt“ sprechen?) hat auf der Unterseite eine Schicht aus Silikonelastomer, die durch die Bewegung der Blätter statische Aufladungen erzeugt und sammelt. Auf der Oberseite befindet sich eine Schicht aus fluoriertem Ethylenpropylen (FEP).
Fabian Meder, ein auf biomimetische Softrobotik spezialisierter IIT-Forscher, erklärt: „Wenn sich Blätter im Wind bewegen, berühren und trennen sich die beiden Oberflächen, wodurch statische Aufladungen auf der Kutikula des Blattes und auf unserem Gerät entstehen. Diese Ladungen werden im inneren Zellgewebe der Pflanze induziert und erzeugen einen Strom, den wir durch eine in das Pflanzengewebe eingeführte Elektrode erfassen können."
Die Tests
Um das Energy-Harvesting-System zu testen, integrierten die Wissenschaftler das künstliche Blatt in die Blätter eines lebenden Oleanders. Dies ermöglichte es ihnen, seine Fähigkeit zur Energieerzeugung zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass einzelne Wassertropfen Spannungs- und Stromspitzen erzeugen mehr als 40 Volt und 15 Mikroampere, ausreichend, um 11 LED-Leuchten direkt mit Strom zu versorgen. Die gleiche Struktur ist in der Lage, Windenergie durch die Schwingungen der Blätter zu sammeln.
Barbara Mazzolai, Direktor des IIT-Robotiklabors, sagt: „Die Ergebnisse zeigen, dass das Gerät Energie aus Wind und Regen separat oder gleichzeitig gewinnen kann und als Energiefunktionsmultiplikator oder energieautarker Sensor fungiert.“
Künstliches Blatt: mögliche Anwendungen
Laut den Forschern ist das neue Gerät in der Lage, mehr Strom zu erzeugen als bestehende Energy-Harvesting-Systeme, die ausschließlich auf Windenergie setzen. Vor allem bei feuchten Bedingungen. Derzeit arbeitet das Team daran, die Leistung des künstlichen Blattes durch Designänderungen weiter zu verbessern. Die ersten Verbesserungsziele sind die Form der Elektroden und die verwendeten Materialien.
„Wir haben die Technologie zum Patent angemeldet und analysieren die potenziellen Märkte“, verrät Mazzolai, einer der Autoren der Studie (dass ich dich hier verlinke). „Allerdings ist noch weitere Forschung erforderlich, bevor das Endprodukt definiert werden kann. Wir wollen das System zum Beispiel unter sehr variablen Außenbedingungen sowie Wind und Regen ausführlich testen.“
