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Professor Seokheun “Sean” Choi – Fakult\u00e4tsmitglied in der Abteilung f\u00fcr Elektro- und Computertechnik am Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science der Universit\u00e4t Binghamton – arbeitet seit Jahren an Biobatterien, die durch die Interaktion von Bakterien Strom erzeugen.<\/p>\n\n\n\n
Dabei stie\u00df er auf ein Problem: Die Lebensdauer der Batterien war auf wenige Stunden begrenzt. Das k\u00f6nnte in einigen Szenarien n\u00fctzlich sein, aber nicht f\u00fcr eine langfristige \u00dcberwachung an abgelegenen Orten.<\/p>\n\n\n\n
In einer neuen Studie, die im Journal of Power Sources<\/em> ver\u00f6ffentlicht und vom Office of Naval Research mit 510.000 Dollar gef\u00f6rdert wurde, haben Choi und seine Mitarbeiter eine “Plug-and-Play”-Biobatterie entwickelt, die wochenlang h\u00e4lt und gestapelt werden kann, um die Ausgangsspannung und den Strom zu erh\u00f6hen. Die Koautoren der Forschungsarbeit stammen aus Chois Labor f\u00fcr Bioelektronik und Mikrosysteme: der derzeitige Doktorand Anwar Elhadad und Lin Liu, PhD ’20 (jetzt Assistenzprofessor an der Seattle Pacific University).<\/p>\n\n\n\n Chois fr\u00fchere Batterien bestanden aus zwei Bakterien, die zusammenwirkten, um die ben\u00f6tigte Energie zu erzeugen, aber diese neue Version verwendet drei Bakterien in separaten vertikalen Kammern: “Ein photosynthetisches Bakterium erzeugt organische Nahrung, die als N\u00e4hrstoff f\u00fcr die anderen darunter liegenden Bakterienzellen verwendet wird. Unten befindet sich das stromproduzierende Bakterium, und das mittlere Bakterium erzeugt einige Chemikalien, um den Elektronentransfer zu verbessern.”<\/p>\n\n\n\n Die anspruchsvollste Anwendung f\u00fcr das Internet der Dinge, glaubt Choi, werden drahtlose Sensornetzwerke sein, die unbeaufsichtigt in abgelegenen und rauen Umgebungen eingesetzt werden. Diese Sensoren werden weit von einem Stromnetz entfernt und schwer zu erreichen sein, um herk\u00f6mmliche Batterien zu ersetzen, wenn sie einmal leer sind. Da diese Netze es erm\u00f6glichen werden, jeden Winkel der Welt zu vernetzen, ist die Energieautonomie die wichtigste Voraussetzung.<\/p>\n\n\n\n “Im Moment sind wir bei 5G, und ich glaube, in den n\u00e4chsten 10 Jahren wird es 6G sein”, sagte er. “Mit der k\u00fcnstlichen Intelligenz werden wir eine enorme Anzahl von intelligenten, eigenst\u00e4ndigen, st\u00e4ndig eingeschalteten Ger\u00e4ten auf extrem kleinen Plattformen haben. Wie kann man diese miniaturisierten Ger\u00e4te mit Strom versorgen? Die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung werden die Ger\u00e4te sein, die in unbeaufsichtigten Umgebungen eingesetzt werden. Wir k\u00f6nnen dort nicht hingehen, um die Batterien zu ersetzen, also brauchen wir miniaturisierte Energiesammler.<\/p>\n\n\n\n Choi vergleicht diese neuen Biobatterien – die 3 mal 3 Zentimeter im Quadrat messen – mit Legosteinen, die je nach der von einem Sensor oder Ger\u00e4t ben\u00f6tigten elektrischen Leistung auf verschiedene Weise kombiniert und neu konfiguriert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n Zu den Verbesserungen, die er durch weitere Forschung zu erreichen hofft, geh\u00f6rt die Entwicklung eines Pakets, das auf dem Wasser schwimmen und sich selbst heilen kann, um Sch\u00e4den, die in rauen Umgebungen entstanden sind, automatisch zu reparieren.<\/p>\n\n\n\n “Mein ultimatives Ziel ist es, es wirklich klein zu machen”, sagte er. “Wir nennen das ‘intelligenten Staub’, und ein paar Bakterienzellen k\u00f6nnen genug Energie erzeugen, um ihn zu betreiben. Dann k\u00f6nnen wir ihn \u00fcberall dort ausstreuen, wo wir ihn brauchen.”<\/p>\n\n\n\nOriginalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n