Intelligenter Schuh mit Energy Harvesting

Wearables benötigen heute meist eine Batterie oder einen Akku für den Betrieb. Energy Harvesting am menschlichen Körper reichte bislang in den meisten Fällen nicht für den Betrieb eines embedded Systems aus oder war schlicht zu teuer.

Die neu entwickelte energieautarke Messwerterfassung im Schuh, stellt einerseits genug Energie für ein Embedded System zur Verfügung, andererseits kann sie preislich mit batteriegestützten Lösungen konkurrieren. Die Versorgung mit elektrischer Energie erfolgt mittels Energy Harvesting aus der Gehbewegung. Ein piezoelektrischer Harvester wandelt kinetische Energie aus dem Auftreten in elektrische Energie um. Diese wird in einem Kondensator zwischengespeichert und dem Embedded System zur Verfügung gestellt. Ein Mikrocontroller sammelt Sensordaten zur Schrittzahl und zur Auftrittskraft an vier Positionen. Er bereitet die Daten auf und sendet sie via Bluetooth Low Energy (BLE) zu einem Smartphone. Dort erfolgt die Speicherung, Auswertung und Visualisierung der Daten.

Die beim Auftreten gesammelte Energie reicht vollständig aus, um das Embedded System zu betreiben. Bei jedem Schritt können Daten aufgenommen und mittels Bluetooth Low Energy (BLE) versendet werden. Es ist keine zusätzliche Energiezufuhr über Batterien oder Akkus notwendig.

Die hier vorgestellte Lösung eignet sich als energieautarkes Messsystem in Wearables oder medizinischen Anwendungen, beispielsweise Schuhen, Gehhilfen, Stützen, Schienen oder Prothesen. Das entwickelte Energy Harvesting-Prinzip lässt sich einfach auf andere Anwendungsgebiete übertragen, in denen eine mechanische Kraft auftritt.