Die Interaktion zwischen lebenden Organismen und künstlichen Technologien stellt einen der faszinierendsten Bereiche der Welt dar weiche Robotik (Bio-)Hybrid. Nun 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 funktioniert bei Regen und Wind und produziert genug Strom, um LED-Leuchten zu betreiben und sich selbst zu unterhalten. Mögliche Anwendungen für dieses revolutionäre künstliche Blatt umfassen den Einsatz in der Landwirtschaft und der Umweltüberwachung. Das Optimum liegt in der Beurteilung der Pflanzengesundheit und der Wetterbedingungen.
Wie funktioniert das künstliche Blatt des IIT von Genua?
Um zu funktionieren, wird das Gerät zwischen die Blätter einer echten Pflanze eingeführt. Das künstliche Blatt (oder sollte man besser von einem „bionischen Blatt“ sprechen?) verfügt auf der Unterseite über eine Schicht aus Silikonelastomer, die durch die Bewegung der Blätter verursachte statische Aufladungen erzeugt und sammelt. Auf der Oberseite befindet sich eine Schicht aus fluoriertem Ethylenpropylen (FEP).
Fabian Meder, ein IIT-Forscher, der sich auf weiche biomimetische Robotik spezialisiert hat, erklärt: „Wenn sich Blätter im Wind bewegen, berühren sich die beiden Oberflächen und trennen sich, wodurch statische Ladungen auf der Blattkutikula und auf unserem Gerät entstehen. Diese Ladungen werden im inneren Zellgewebe der Pflanze induziert und erzeugen einen Strom, den wir mit einer in das Pflanzengewebe eingeführten Elektrode sammeln können.“
Die Tests
Um das Energiegewinnungssystem zu testen, eingebetteten die Wissenschaftler das künstliche Blatt zwischen 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 Robotics Laboratory am IIT, sagt: „Die Ergebnisse zeigen, dass das Gerät getrennt oder gleichzeitig Energie aus Wind und Regen gewinnen kann und als Energiefunktionsmultiplikator oder energieautarker Sensor fungiert.“
Künstliches Blatt: mögliche Anwendungen
Den Forschern zufolge ist das neue Gerät in der Lage, mehr Strom zu erzeugen als bestehende Energy-Harvesting-Systeme, die ausschließlich auf Windenergie basieren. Besonders unter feuchten Bedingungen. Derzeit arbeitet das Team daran, die Leistung des künstlichen Blattes durch Änderungen am Design 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.“
