Ingenieurs in de VS hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat een beetje stroom opwekt als het vervormt. Hiermee kunnen mensen zelf elektriciteit genereren voor kleine sensoren of geïmplanteerde medische apparaatjes.

Energie opwekken door rustig een boekje te lezen of een serie te binge-watchen, wie wil dat nou niet? Binnenkort is het mogelijk, zeggen onderzoekers van de UCLA Samueli School of Engineering in Los Angeles.

Zij ontwikkelden een nieuw, draagbaar en flexibel materiaal dat elektriciteit opwekt uit de subtiele bewegingen die je als mens de hele dag maakt – zoals bijvoorbeeld het buigen van je arm of het kloppen van je hart. Die elektriciteit kan vervolgens gebruikt worden om sensoren als draagbare of geïmplanteerde hartslagmeters en thermometers aan de praat te houden. De ingenieurs publiceerden hun uitvinding gisteren, 30 september, in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Materials.
 

Flexibel

Het oogsten van energie uit het menselijk lichaam is niet nieuw. Door chemische processen in ons lichaamsvocht kunnen we op allerlei manieren als accu fungeren, en daarnaast produceren we de hele dag bewegingsenergie, die je kunt oogsten. Het materiaal waarmee de ingenieurs uit Los Angeles nu komen om subtiele bewegingen om te zetten in energie is wel innovatief, vooral vanwege de flexibiliteit.
 

Piepkleine magneetjes

De stroom ontstaat door het magneto-elastische effect, schrijven de onderzoekers in hun artikel: dat is de verandering in de hoeveelheid magnetisatie van een materiaal, die optreedt als piepkleine magneetjes voortdurend naar elkaar toe en weer van elkaar af bewegen.

De Amerikanen toonden aan dat dit effect niet is voorbehouden aan rigide materialen, maar ook in een zacht en flexibel materiaal kan optreden. Ze gebruikten hiervoor een flinterdunne siliconenmatrix waar minuscule permanente magneetjes doorheen waren gemengd, en wekten stroom op door dit materiaal te verbuigen.

Vervolgens maakten ze op dezelfde manier een flexibele generator (ongeveer ter grootte van een muntje van 50 eurocent) van een siliconenmatrix met NdFeB-magneetjes. Dit zijn zeer sterke, permanente magneten gemaakt van neodymium, ijzer en boor. Deze generator werd op zijn beurt met een rekband aan de arm van een proefpersoon bevestigd.
 

Polsslag

Het apparaat wekte tot 4,27 milliampère aan stroom per vierkante centimeter op, en is daarmee bijzonder efficiënt, schrijven de onderzoekers. Zelfs uit je polsslag kan voldoende stroom geoogst worden om een hartslagmeter aan de gang te houden.

Naast het draagcomfort is deze hoge efficiëntie het grote voordeel van het nieuwe materiaal. Vergelijkbare stroomopwekkers die op statische elektriciteit gebaseerd zijn, leveren vaak niet voldoende op en kunnen bovendien slecht tegen zweet en ander vocht. Het nieuwe materiaal is daar wel goed tegen bestand, omdat het op magneten werkt.


Openingsfoto: Dit kleine lapje is waterbestendig, flexibel en wekt stroom op wanneer het wordt vervormd. Foto Jun Chen / UCLA