Bald kann Ihr Smartphone mit Bakterien betrieben werden

Schwärme von Bakterien könnten zur Stromversorgung von Smartphones genutzt werden, sagen Experten

Ein Team von Forschern der Universität Oxford hat herausgefunden, dass die natürliche Bewegung von Mikroben genutzt werden könnte, um winzige „Windkraftanlagen“ in Smartphones zu akkumulieren und zu aktivieren.

Die Forscher erklärten in der Fachzeitschrift Science Advances, wie sie Computersimulationen verwendeten, um zu demonstrieren, dass der zufällige Schwarm-Effekt von dichter aktiver Materie wie Bakterien organisiert werden könnte, um zylindrische Rotoren zu drehen und eine stabile und zuverlässige Quelle elektrischer Energie bereitzustellen.

Mitautor Dr. Tyler Shendruk, ein EMBO-Stipendiat am Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics der Universität Oxford, und seine Kollegen sagen, dass diese biologisch betriebenen mikroskopischen Kraftwerke letztendlich die ultra-minimalen Motoren für winzige, von Menschenhand geschaffene Geräte werden könnten, die sich selbst zusammenbauen und selbst mit Energie versorgen – alles von optischen Schaltern bis hin zu Smartphone-Mikrofonen.

„Viele der Energieherausforderungen der Gesellschaft liegen im Gigawatt-Bereich, aber einige sind geradezu mikroskopisch. Eine mögliche Möglichkeit, winzige Mengen Energie für Mikromaschinen zu erzeugen, könnte darin bestehen, sie direkt aus biologischen Systemen wie Bakterienaufhängungen zu gewinnen“, sagte Dr. Shendruk.

Das Wachstum oder die Blüte von Bakterien ist normalerweise zu unorganisiert, um irgendeine Art von bedeutender Energie zu erzeugen. Daher war ein einzelner Rotor während der Experimente ineffektiv und wurde einfach von den Bakterien „herumgestoßen“.

Die Forscher entwickelten jedoch ein spezielles Gitter aus 64 Mikrorotoren, und während die Bakterien umher „schwärmten“, organisierte es sich spontan so, dass benachbarte Rotoren in entgegengesetzte Richtungen zu drehen begannen – eine einfache strukturelle Organisation, die an eine Windkraftanlage erinnert.

Dr. Shendruk fügte hinzu: „Das Erstaunliche ist, dass wir keine mikroskopischen, gear-förmigen Turbinen vorab entwerfen mussten. Die Rotoren haben sich einfach zu einer Art bakterieller Windkraftanlage selbst zusammengebaut.

„Als wir die Simulation mit einem einzelnen Rotor in der bakteriellen Turbulenz durchführten, wurde er einfach zufällig herumgestoßen. Aber als wir ein Array von Rotoren in die lebende Flüssigkeit einbrachten, bildeten sie plötzlich ein regelmäßiges Muster, wobei benachbarte Rotoren in entgegengesetzte Richtungen drehten.“

Mitautor Dr. Amin Doostmohammadi vom Department of Physics der Universität Oxford sagte: „Die Fähigkeit, sogar eine winzige Menge mechanischer Arbeit aus diesen biologischen Systemen zu gewinnen, ist wertvoll, da sie keine Eingangsleistung benötigen und interne biochemische Prozesse nutzen, um sich zu bewegen.

„Auf Mikroskalen zeigen unsere Simulationen, dass der Fluss, der durch biologische Assemblierungen erzeugt wird, sich so reorganisieren kann, dass er eine anhaltende mechanische Energie zur Rotation eines Arrays von Mikrorotoren erzeugt.“

Seniorautor Professor Julia Yeomans vom Department of Physics der Universität Oxford fügte hinzu: „Die Natur ist brillant darin, winzige Motoren zu schaffen, und es gibt enormes Potenzial, wenn wir verstehen können, wie wir ähnliche Designs nutzen können.“