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Muskelkraft

 

Quelle: Achmed A. W. Khammas (Buch der Synergie)

MUSKELKRAFT

Die erste nichtfossile Energiequelle, die uns Menschen im wortwörtlichen Sinne auch am nächsten liegt, ist unsere eigene Muskelkraft. Solange es Menschen gab und gibt, steht sie uns zur Verfügung – und es ist wirklich beachtlich, was man mit dem Viertel PS und Intelligenz alles erreichen kann…

Titel von 1932

Titel von 1932

Das Thema der muskelbetriebenen Boote, Fahr- und Flugzeuge ist inzwischen umfangreich und gut dokumentiert, so daß ich hier – bis auf wenige Ausnahmen – nicht ausführlich darauf eingehen werde. Unter den entsprechenden Stichworten findet man im Netz sehr viele Informationen. Dennoch möchte ich einige Highlights erwähnen, die bislang weitgehend unbekannt sind… wobei sich die Idee mindestens bis 1932 zurückverfolgen läßt, wie das Titelbild des US-Magazins Science and Mechanics beweist.

Unvergeßlich bleibt der mittels Muskelkraft erfolgte Überflug des Ärmelkanals am 12. Juni 1979 durch den 2007 verstorbenen Paul McCready in seinem ‚Gossamer Albatros’ – und die noch immer ungebrochenen Weltrekorde von Günter Rochelt, der leider ebenfalls schon verstorben ist. Unter anderem stellt Rochelts ‚Musculair 2’ mit dessen Sohn Holger Rochelt an den Pedalen am 1.Oktober 1985 einen Geschwindigkeits-Weltrekord für Muskelkraft-Flugzeuge über eine Strecke von 1.500 m auf: Die Rekordgeschwindigkeit beträgt 44,26 km/h.

Im August 2009 gelingt es dem 19-jährigen holländischen Studenten Jesse van Kuijk aus Budel, 25 km südlich von Eindhoven, mit seinem völlig alleine innerhalb von drei Jahren gebauten Pedal-Flugzeug aus leichtem Balsaholz, Bauschaum und reißfester Spezialfolie auf dem Flugplatz Kempen Airport 1,5 m hoch und an die 15 m weit zu kommen, bevor die Kette vom Zahnkranz springt. Sein 7 m langes und 4 m hohes Fluggefährt ist zerlegbar und hat eine Spannweite von 26 m – weitere Flüge sind geplant.

Einen Vorläufer bildet das Muskelkraftflugzeug ,HV-1 MUFLI’, das 1933 von den Ingenieuren Helmut Haeßler und Franz Villinger in den Werkstätten der Fliegerortsgruppe Halle gebaut wurde. Dieses Flugzeug war allerdings nicht eigenstartfähig, es mußte mit einem Gummi katapultiert werden. Der Segelflieger Karl Dünnebeil erreichte auf dem Flughafen Frankfurt-Rebstock im August 1935 im Geradeausflug eine Flugweite von 235 m, bei einer Flugzeit von 23 Sekunden. Die Geschichte des Muskelfluges wird sehr gut in der Online-Publikation ‚Human Powered Flying’ von Chris Roper dokumentiert, dem Entwickler des Muskelflugzeugs ‚Jupiter’ Anfang der 1970er Jahre sowie eines pedalbetriebenen Luftkissenfahrzeugs (s.u.).

1989 erhebt sich mit dem ‚DaVinci III’ des MIT erstmals ein von menschlicher Energie betriebener Pedal-Hubschrauber für 7,1 Sekunden in die Luft – und 1994 gelingt es einem japanischen Team um Akira Naito von der Nihon University sogar, ihren Hubschrauber ,Yuri I’ für 19,5 Sekunden lang im Schwebezustand auf 20 cm Höhe zu halten …alleine mit Muskelkraft! Der Pedal-Pilot sitzt hier zwischen vier großen 2-Blatt-Rotoren.

Yuri I Pedalhubschrauber

Yuri I

Da die American Helicopter Society 1980 den ‚Sikorsky Prize’ von 20.000 $ für einen einminütigen Flug in mindestens 3 m Höhe ausgelobt hat, engagieren sich zunehmend universitäre Arbeitsgruppen, wie z.B. die University of Michigan mit ihrem ‚Phoenix Human Powered Helicopter’, bei dem der Pilot über dem Rotor sitzen soll, die University of British Columbia mit ihrem ,Thunderbird’, die Purdue University und viele andere. Einen weiteren Wettbewerb bildet die ,Tokyo Birdman Rally’, bei der es allerdings mehr um den Spaß am Flug geht – bis man nach wenigen Sekunden im Wasser landet.

Im September 2009 hebt die American Helicopter Society das Preisgeld auf 250.000 $ an, was die involvierten Teams wie auch neue Akteure stark motiviert.

Einem Team von 50 Doktoranden und Diplomanden der James Clark School of Engineering an der University of Maryland gelingt es nach zweijähriger Entwicklungsarbeit im Mai 2011, daß ihr selbstgebauter Pedal-Hubschrauber ,Gamera’ kurzzeitig abhebt – allerdings nur für 4,2 Sekunden. Denn im Vergleich zum einem Fluggerät mit festen Flügeln wird dafür mindestens 15 mal mehr Kraft benötigt. Pilotin ist die 24-jährige Biologie-Studentin Judy Wexler. Im Juli werden dann schon 12,4 Sekunden erreicht.

Der Hubschrauber besteht aus einem X-förmigen Rahmen mit einem Rotor an jedem Ende. Die Querbalken des Rahmens sind jeweils 60 m lang und jeder Rotor ist 42 m breit. Gebaut ist das Flugobjekt aus leichten Materialien wie Balsaholz, Bauschaum, Mylar und Kohlefasern, so daß auf ein Gesamtgewicht von 63,5 kg kommt. Benannt ist der Gamera nach einer riesigen fliegenden Schildkröte aus der beliebten japanischen Filmserie kaiju.

Neal Saiki aus Scotts Valley, der schon 1989 die Entwicklung an der California Polytechnic State University geleitet hatte und Mitgründer der Elektromotorrad-Firma Zero Motorcycles ist, stellt im Oktober 2011 einen neuen Pedal-Hubschrauber mit knapp 26 m großen Rotoren vor, dessen Entwicklung 5 Jahre gedauert hat. Der rund 43 kg schwere und ,Upturn’ genannte Pedal-Hubschrauber hat bislang nur 40.000 $ gekostet, da viele Freiwillige an dem Projekt mitarbeiten. Pilotin bei den demnächst erfolgenden Flugversuchen wird die 19-jährige Berkeley-Studentin Kyle Zampaglione sein.

Aeolus Pedal-Luftschiff

Aeolus

Natürlich gibt es auch pedalbetriebene Luftschiffe, als deren Stammvater der 1873 geborene Brasilianer Alberto Santos Dumont gilt, der in den Jahren 1898 bis 1906 insgesamt elf Luftschiffe baute. Seinen größten Erfolg hatte er mit seinem 1-Personen-Luftschiff ,Santos Dumont Nr. 6’, mit dem ihm 1901 der erste erfolgreiche Rundflug eines Luftschiffes vom Pariser Vorort Saint-Cloud zum Eiffelturm über 5,5 km in einer Zeit von nur 30 Minuten gelang. Neue Modelle muskelbetriebener Luftschiffe bilden der ‚White Dwarf’ von Reed Gleason und Bill Arras (1996) oder das Mini-Luftschiff ‚Miss Louise’ des Franzosen Stephane Rousson (2008). Andere interessante Luftschiffe stelle ich im Kapitel zur elektrischen Mobilität vor (s.d.).

Das Konzept eines Luftschiffes, das von einer zwei bis vierköpfigen Mannschaft mittels Pedalen betrieben wird und mit einer Ladung Helium bis zu zwei Wochen in der Luft bleiben kann, stammt von Christopher Ottersbach. Unter dem Namen ,Aeolus’ (nach dem griechischen Windgott) erscheinen die ersten Zeichnungen im Januar 2009 in den Blogs, nachdem sich Ottersbach erfolgreich an der Abschlußausstellung 2008 seiner Universität in Braunschweig beteiligt hat.

Nur mit den Armmuskeln fliegen geht auch, allerdings nur dann, wenn man an einen Heliumballon angebunden ist. Im November 2008 erscheinen die ersten Bilder und Videos eines Fluggeräts namens ‚AeroFeather’, das von dem Franzosen Jean-Pierre David entwickelt wurde. Die Fortbewegung (bislang nur in einer Halle) erfolgt mittels eines Paares umgeschnallter Flügel aus Karbon-Fasern und Nylon, mit denen man immerhin auf eine Geschwindigkeit von 7 km/h kommen kann.

Steam Boat Willy Hoovercraft

Steam Boat Willy

Nicht ganz so hoch hinaus, aber ebenfalls ausschließlich mit Muskeln betrieben, kommt das von der University College London’s Student Union gebaute Luftkissenfahrzeug ‚Steam Boat Willy’, das im August 2009 erfolgreich die Themse überquert. Wichtigster Berater des Projektes ist der o.g. Chris Roper.

Für knapp 30 $ vertreibt Universal Hovercraft die Pläne für ein ebenfalls muskelbetriebenes Selbstbau-Luftkissenfahrzeug.

Es gibt allerdings auch sehr viele Umsetzungen der Muskelenergie, die stärker nutzen- bzw. energieorientiert sind. Aus der Fülle des Materials habe ich einige Beispiele ausgewählt, die für den gegenwärtigen Stand der Technik repräsentativ sind. Sie sind wie folgt unterteilt:

Pumpen und Wassertransport
Pedale und Kurbeln
One Laptop per Child (OLPC)
Rucksack und Laufschuh
Treten und Tanzen
Reifen und Räder
Der AquaSkipper
Weitere Innovationen

Im Laufe der Zeit werden sicherlich noch weitere Unterkapitel hinzukommen, denn das Ganze schreitet mit Riesenschritten voran … per Muskelkraft!

Pumpen und Wassertransport

Noch heute stehen überall in Berlin Schwengelpumpen herum, auch wenn es inzwischen nicht mehr erlaubt ist, mit ihrem Wasser Autos zu waschen. Als Kinder hatten wir im Sommer jedenfalls viel Spaß damit – wenn sie funktionierten, und wenn jemand von uns kräftig genug war, den immens schweren Hebel zu betätigen.

Kinder auf einer Spielplatzpumpe

PlayPump Water System

Die Effizienz der Kolbenbewegung wird jedoch von der der Rotation weit übertroffen – und deshalb entwickelt das südafrikanische Unternehmen Roundabout Outdoors ab 1989 eine Wasserpumpe für Spielplätze, mit der die Kinder 1.400 l Wasser pro Stunde aus einer Tiefe von 40 m fördern können – solange sie ihr Karussell nur schön brav mit 16 Umdrehungen pro Minute am Laufen halten. Einsetzbar sind die ‚Roundabout-Pumpen’, die weitgehend aus Teilen von Windpumpen bestehen, bis zu einer Tiefe von 100 m – während die Kosten einschließlich des Wassertanks 9.000 $ pro Stück betragen (Stand 2005).

Die Idee geht auf einen Ingenieur zurück, der sein selbstgebautes Pump-Karussell im Sommer 1989 auf einer Agrarausstellung in der Nähe von Johannesburg zeigt. Der ehemalige Werbefachmann Trevor Field sieht das Modell und ist begeistert. Er fügt dem Konzept noch einen 2,5 m³ Speichertank hinzu, dessen vier Flächen auch für Werbung oder Bildungsinformationen genutzt werden. Gemeinsam mit seinen Kollegen Paolo Ristic und Sarel Nienaber lassen sie sich das Konzept lizenzieren und gründen die Roundabout Outdoor, um das ‚PlayPump Water System’ zu vermarkten.

Zwischen 1994 und 1997 werden 20 Stück in Südafrika installiert, doch erst als Präsident Nelson Mandela 1999 persönlich einer Schuleinweihung beiwohnt und die dort ebenfalls installierte PlayPump besichtigt, bekommt die Innovation die ihr zustehende Presse. Anfang 2000 erhält das Unternehmen den renommierten World Bank Development Marketplace Award, später wird es von der Henry J. Kaiser Family Foundation unterstützt.

Inzwischen wird das Projekt von der speziell hierfür gegründeten (nonprofit-) NRO PlayPumps International weitergeführt, die neben Südafrika auch in den USA registriert ist. Hergestellt werden die Pumpen von der Outdoor Fabrication and Steelworks (OSF), und bis Ende 2005 sind schon 700 Pumpen in Südafrika, Mozambik, Malawi, Swasiland und Sambia in Betrieb. Während der Clinton Global Initiative im September 2006 gibt die First Lady Mrs. Bush bekannt, daß die US-Regierung, die Case Foundation und die MCJ Foundation gemeinsam 16,4 Mio. $ für das Projekt bereitstellen.

Die Initiative plant nun bis 2010 insgesamt 4.000 ‚PlayPump’ Systeme in 10 Ländern Ostafrikas zu installieren, um damit rund 10 Mio. Menschen ‚spielerisch’ mit Trinkwasser zu versorgen.

Eine ähnliche Technologie, die anstatt zu pumpen Strom produziert, wird im Juni 2008 von Mitgliedern der christlichen Brigham Young University und ihren lokalen Partnern auf dem Gelände der Golden Sunbeam Montessori School in Essam, Ghana, installiert. Die Elektrizität, die von den spielenden Kindern erzeugt wird, beleuchtet am Abend die Schulräume.

Für die Umsetzung des Konzepts wird im März 2007 speziell die Empower Playgrounds Inc. (EPI) gegründet. Im Laufe des Jahres 2008 will EPI in der Umgebung von Accra fünf weitere ,merry-go-round’ Spielgeneratoren errichten.

Ich möchte an dieser Stelle darauf hinweisen, daß ich bereits 1975 einen Vorschlag für ein Pedalbetriebenes Wasserfördersystem vorgelegt habe, bei dem es sich um eine vereinfachte Anwendung des in Teil D beschriebenen synergetischen Systems handelt. Möglicherweise was es damals zu früh dafür, denn es gab keinerlei positive Resonanz.

Fußbetriebene KickStart Pumpe

KickStart Pumpe

Robert Hyde, Martin Fisher, Mark Butcher und Adblikadir Musa sind die Entwickler der ,KickStart-Pumpe’, die mit den Füßen betrieben wird und Mitte 2006 in der Presse erscheint, obwohl das Gerät bereits seit 1998 von der KickStart International produziert wird. Es kann Wasser aus einer Tiefe bis zu 7 m fördern oder es um 14 m ab dem Wasserspiegel anheben. Das ergonomische System wird von der non-profit Gruppe KickStart für ganze 98 $ angeboten. In Kenia ist das aber immer noch ein Drittel des Jahreseinkommens eines Bauern, doch durch die nun ermöglichte selbständige und kostenfreie Bewässerung steigert sich dieses Einkommen schnell.

In Kenia, Tanzania und Mali haben bereits 45.000 Familien derartige ,manual treadle pumps’ im Einsatz, außerdem werden sie im Sudan, in Uganda, Ruanda, Burundi, Südafrika, Mosambik, Malawi, Sambia, Nigeria, Burkina Faso, Gambia, Somalia, Zimbabwe, Äthiopien, Ghana, Sierra Leone, Jemen, Kongo, Angola, auf Madagaskar, Haiti und den Philippinen genutzt. Bislang sind 50.000 dieser ‚Super MoneyMaker Pumps’ ausgeliefert worden. Vielen Familien sei es dadurch gelungen ihr jährliches Einkommen zu verzehnfachen.

Im September 2006 bemüht sich die Initiative um eine 16 Mio. $ Förderung, um die Pumpe in drei weiteren Ländern zu Vermarkten und dort 80.000 Familien aus der Armut zu helfen.

Außerdem wird seit 2006 eine abgespeckte Version angeboten, die von Martin Fisher, Alan Spybey, Mohamed Swaleh und Frederick Obudho entwickelt wurde. Die leichtere, handbetriebene Pumpe kann zwar nur aus 6 m Tiefe fördern, kostet dafür aber auch nur 34 $. Im Laufe der ersten zehn Monate seit ihrer Markteinführung werden über 1.400 Stück abgesetzt – insbesondere wiederum in  Kenia, Tansania und Mali.

Ein Team von Studenten der University of Michigan stellt im März 2009 in Quetzaltenango, Guatemala, ihren ersten Prototyp einer Tretpedal-Pumpe vor, deren Zeichnungen und Spezifikationen auch kostenlos abgerufen werden können.

Die ,BLUELab Pump’ soll es vielen NGOs ermöglichen, durch ihre einfache Herstellung zu einer Verbesserung der Lebensqualität in ihren Ländern beizutragen.

Fußbetriebene Bamboo Treadle Pump

Bamboo Treadle Pump

Eine weitere Tret-Pumpe ist die ‚Vergnet hydropump’ des gleichnamigen französischen Windenergieherstellers, der bereits 1976 mit ihrer Installation in Afrika begonnen hat. Ein sehr einfaches System mit Kabelzug und Umlenkrolle, das mit nur einem Bein betrieben wird, ist die ‚Yardpump’ von Simon Farthing und seiner Econologica-Initiative in Sidney, British Columbia, Kanada, der auch eine oszillierende Windkraftanlage erfunden hat, die ich im Absatz über neue Designs und Rotorformen der Windenergie vorstelle.

Eine Alternative zur KickStart-Pumpe bildet die ,Bamboo Treadle Pump’, die bereits 2003 von Gunnar Barnes der Rangpur/Dinajpur Rural Service und den International Development Enterprises (IDE) in Nepal entwickelt wurde und seitdem von diversen kleinen Werkstätten in Nepal und Bangladesh hergestellt wird. Neben zwei Metallzylindern und einigen Plastikteilen wird auch der vor Ort wachsende Bambus verarbeitet – daher der Name. Alleine in Bangladesh sollen bereits über 1,7 Millionen Stück im Einsatz sein – außerdem wird die Pumpe in Nepal, Indien, Myanmar, Kambodscha und Sambia genutzt.

Einem 2.000 Jahre alten chinesischen Vorbild entspricht die ‚Elephant Pump’, die seit einigen Jahren von der Londoner Organisation Pump Aid in Afrika verbreitet wird. Es handelt sich um eine Kettenpumpe mit Steigrohr, in welchem Bälle o.ä. hochgezogen werden, manuell angetrieben mittels einer oder zwei Kurbeln.

Bei einer Tiefe von 20 m fördert das Gerät über einen Liter Wasser pro Sekunde. Mitte 2008 sind bereits über 4.000 derartiger Pumpen im Einsatz, die über 1 Mio. Menschen mit Trinkwasser versorgen.

Ein weiteres Pump-Projekt, das primär die kindliche Muskelkraft nutzt, ist die ‚Swing Pandian’ Wippe, die im Februar 2003 an der University of Michigan-Flint vorgestellt wird.

Hier wird jedoch kein Wasser gepumpt sondern Öl, das mittels einer kleinen Hydraulik Strom produziert. Ein bis zwei Minuten Wippen sollen ausreichen, und eine 20 W Birne bis zu drei Minuten zu betreiben – bei einem Einsatz von LEDs ist natürlich eine weitaus größere Lichtausbeute möglich.

Swing Pandian Wippe

Swing Pandian

Auch die von Daniel Sheridan an der Coventry University entwickelte ‚Energee-Saw’ ist eine Strom-Wippe, deren erstes Modell im Sommer 2007 in Kenia installiert wird um Klassenräume zu beleuchten und Handys, Radios, mp3-Player und ähnliches aufzuladen. Für die Umsetzung und technische Weiterentwicklung dieser Variante wird im britischen Coventry die Firma PlayMade Energy gegründet. Sheridan erhält für seine Energiewippe Ende 2008 den Entrepreneurial Spirit Award.

Ein mir noch nicht ganz einsichtiges System bildet die manuelle ,Pendel-Wasserpumpe’ von Veljko Milkovic, der in den vergangen Jahren schon mehrfach versucht hat, eine nachvollziehbare physikalische Erklärung für das von ihm entdeckte System eines mechanischen zweistufigen Oszillators zu finden – denn es sieht ganz so aus, als würde die Pumpe 9 bis 12 Mal so viel Energie umsetzen, wie an manueller Energie zur Aufrechterhaltung der Pendelbewegung aufgewendet werden muß.

Im Netz gibt es eine Anzahl von Videos, auf denen der Erfinder das Prinzip seiner ‚Impulsgravitationsmaschine’, die auf einer Kopplung zwischen Pendel und Hebelgesetz beruht, vorstellt, außerdem hat er auch einen eigenen Wikipedia-Eintrag. Milkovic, der sich auch mit der Umsetzung seines Systems als Antrieb beschäftigt, ist Mitglied der serbischen Akademie der Wissenschaft und Forschung in Belgrad, hält bislang 23 Patente, und für die Erfindung seiner Pendel-Wasserpumpe erhält er 2002 die Goldmedaille der Stadt Novi Sad. Ein Indiz für die tatsächliche Funktion des Geräts?!

Pendel-Wasserpumpe

Pendel-Wasserpumpe

2009 erscheinen weitere YouTube-Filmchen über Versuche des kanadischen Ingenieurs Ron Pugh, eine wissenschaftliche Analyse von Aleksandar Slavkovic und ein offener Brief des serbischen Physikers Nebojsa Simin, in dem dieser zu einer amtlichen Prüfung der ,Pendel-Wasserpumpe’ von Milkovic aufruft.

Mehrere andere Initiativen liefern intelligentere ,Transportmittel’ für Wasser. Vergessen wir nicht, daß in den Entwicklungsländern Abermillionen Menschen noch heute gezwungen sind ihr Trink- und Brauchwasser über manchmal Dutzende von Kilometern heranzuschleppen. Meist sind es die Frauen, welche Töpfe, Schüsseln und Kanister mit dem kostbaren Naß auf ihren Köpfen balancieren

Die in den USA gegründete Africa Foundation entwickelt statt dessen den ,Hipporoller’, mit dem schon Kinder spielerisch jeweils 90 l Wasser nach Hause rollen können. Mit dieser Methode läßt sich bis zu 5 Mal mehr Wasser transportieren, als herkömmlich, und der Inhalt eines ,Rollers’ deckt den Verbrauch einer 7-köpfigen Familie über 3 – 4 Tage.

Anfang 2008 startet die Initiative eine Kampagne, bei der unter dem Namen Project H (für Humanity, Habitants, Health, Habitats und Hippo) dazu aufgerufen wird, für jeweils 100 $ einen ,Hipporoller’ zu sponsern.

Hipporoller Redesign

Hipporoller Redesign

Man plant, in 17 Dörfern der Region Kgautswane im Nordosten Südafrikas insgesamt 50 Stück an die dortigen Familien zu verteilen. Da das Geld bereits zwei Wochen später zusammen ist, wird das Projekt auf 75 Stück ausgeweitet, die im März ausgeliefert werden.

Im Sommer 2008 beginnt die Initiative in Kooperation mit dem Designteam für angepaßte Technologien der Gruppe Engineers Without Borders, den ,Hipporoller’ neu zu designen um ihn zu optimieren und die Herstellung einfacher und kostengünstiger zu machen. Die neue Version, die in Johannesburg, Südafrika, fabriziert wird, besteht aus zwei Elementen und kann daher leichter gestapelt und transportiert werden. Ende 2009 sollen schon mehr als 200.000 Menschen in Afrika von dieser Innovation profitieren.

Eine weitere Transportmethode für Wasser bildet die reifenförmige, robuste ,Q Drum’ der Designer P. J. und J. P. S. Hendrikse, die seit 1993 von der Kaymac Rotomoulders and Pioneer Plastics in Südafrika hergestellt wird.

Eingesetzt wird dieser 50 l fassende ‚Wasserreifen’ aus Polyäthylen bereits in Kenia, Namibia, Äthiopien, Ruanda, Tansania, Elfenbeinküste, Nigeria, Ghana, Südafrika  und Angola.

Water Wheel Modell

Water Wheel (Modell)

Befüllt sollen sich bis zu 40 Stück der ,Q Drums’ übereinander stapeln lassen, was ein gewisser Vorteil gegenüber den ,Hipporollern’ ist. Deren Vorzug wiederum ist es, daß sie sich sowohl ziehen als auch schieben lassen.

Wesentlich komplizierter aufgebaut ist dagegen das von der in Pretoria registrierten Universal Wellbeing.Org entwickelte ‚Water Wheel’ mit einem Fassungsvermögen von 25 l.

Bislang scheint es sich allerdings nur um ein Konzept zu handeln, von einer praktischen Umsetzung ist noch nichts bekannt geworden.

Zur Endauswahl des Earth Awards Anfang 2009 gehören auch Amanda Jones und James Brown aus Glasgow, Schottland, die den muskelbetriebenen Transport des Wassers mit seiner gleichzeitigen Filterung verbinden. Was ihnen und ihrer Firma Red Button Design Ltd. auch noch eine ganze Reihe weiterer Auszeichnungen beschert. Das Umkehrosmose-Wasseraufbereitungsgerät (Reverse Osmosis Sanitation System, ROSS) besitzt einen 50 Liter Tank – und während das Wasser zum Verbrauchsort gerollt wird durchläuft es ein integriertes Filtersystem, dessen Lebensdauer ein Jahr beträgt bevor es ausgetauscht werden muß.

D-Tek Wasserfilter

D-Tek Water

Der Designstudent Liam O’Brien von der University of Technology in Sydney beteiligt sich 2009 mit seinem ,D-Tek Water Management’-System an dem Australian Design Award. Seine Entwickelung zielt darauf ab, die gesundheitlichen Bedingungen im ländlichen Kambodscha radikal zu verbessern. Dabei sollen die Frauen ein sicheres und einfaches Gerät bekommen, mit dem sie bis zu 20 Liter Wasser aus Brunnen, Teichen und Flüssen pumpen, transportieren, lagern und bis zur Trinkqualität reinigen können.

Für Flüsse mit hohen und steilen Ufern ist ein Schlauch daran angebracht. Die Pumpe kann Wasser aus bis zu 7 m Tiefe heraufholen und den Vorratsbeutel in nur 2,5 Minuten füllen. Als Filter wird Aktivkohle eingesetzt, die nach mehrfachem Gebrauch gebrannt und dann erneut genutzt werden kann.

D-Tek (Wasser in der Khmer-Sprache) ist ein zu 95 % lokal hergestelltes Produkt aus Bambus, Sisalschnüren, Rohrgeflecht und PVC-Folie, und könnte für unter 18  $ im Einzelhandel verkauft werden. Es ist leicht zu warten und zu reparieren und fördert die lokalen Handwerksbetriebe durch den Bedarf nach traditionellen Herstellungsverfahren.

Pedale und Kurbeln

Doch nicht nur Wasser ist ein lebenswichtiges Gut. Ebensosehr brauchen wir heute elektrischen Strom. Und auch hierfür gibt es inzwischen eine ganze Reihe entsprechender Geräte, die mittels menschlicher Muskelenergie betrieben werden. Zwei davon, die von Kindern in der 3. Welt betrieben werden, habe ich bereits vorgestellt.

Aber es gibt noch viele andere Innovationen, und auch diese haben ihre Vorläufer. Beispielsweise in den von Tretkurbeln betriebenen Schleifsteinen, an die ich mich aus meiner Kindheit in Syrien noch gut erinnere. 1936 erweitert ein Mann in britischen Cheshire sein Fahrrad um ein paar zusätzliche Teile und präsentiert einen pedalbetrieben Schleifstein, der er bequem sitzend in Schwung hält.

Lamadas Pedeleadas Telefon

Lamadas Pedeleadas Telefon

Gut fünfzig Jahre zuvor wurden überall hand- oder beinbetriebene Werkzeugmaschinen wie Sägen und Bohrer betrieben. Es dauerte dann allerdings lange, bis sich neues Interesse an diesen Technologien regte, doch inzwischen gibt es weltweit diverse Initiativen, die ganze Paletten unterschiedlicher Pedal-Maschinen entwickeln und herstellen, wie mayapedal.org in Guatemala oder Llamadas Pedaleadas in Nicaragua, deren pedalbetriebene Telefonzelle sogar internationale Anrufe ermöglicht.

Das japanische Unternehmen Soceadth bietet wiederum eine riesige Zahl seltsamer Fun-Bikes an – aber auch Nutzgeräte bis hin zu pedalbetriebenen Gabelstaplern.

Zu den Pionieren der Stromerzeugung gehört ab 1993 Bart Orlando von der Humboldt State University in Kalifornien, dessen pedalbetriebene Ladegeräte dazu benutzt werden, 12 V Batterien aufzuladen. Mit dem ‚Human Energy Converter’ von 1995 erzeugen 14 Personen gleichzeitig bis zu 1 kWh Strom – zumeist für Musikveranstaltungen und Festivals. Orlando baut noch eine ganze Reihe weiterer pedalbetriebener Stromerzeuger, Mixer, Bohrer und sogar eine Waschmaschine

Zu den stationären, pedalbetriebenen Maschinen gehören auch die Dynapods von Alex Weir von der Edinburgh University, der bereits 1968 in Dar-es-Salaam in Tansania mit dem Bau von Ein- und Zwei-Personen-Dynapods beginnt, an denen jede Art von Gerät oder Werkzeug befestigt und verwendet werden kann, wobei ein mit Zement gefüllter Fahrrad-Reifen als Schwungrad dient. An einen Generator gekoppelt wird Strom erzeugt.

Generator mit Fußtretkurbel

FreeCharge Weza

Die tragbare ‚FreeCharge Weza’ Energiequelle z.B. gehört zu den neuen Geräten, die das Unternehmen Freeplay Energy Plc. mit Sitz in London und Cape Town (Südafrika) nach seinen diversen Modellen an Kurbel-betriebenen Radios (z.T. zusätzlich zu Solarzellen), Handy-Ladegeräten und einer ‚Indigo-Lampe’, ab 2006 auf den Markt bringt.

Der fußbetriebene 40 W Generator, der Ende 2008 für knapp 270 $ angeboten wird, lädt die integrierte 12 V / 7 Ah Blei-Säure-Gel-Batterie – und in Verbindung mit einem ‚Xantrex XPower Powerpack 400 Plus’ ist es möglich, mit ein paar Kalorien sogar eine Notbeleuchtung, kleinere Elektrowerkzeuge oder einen Computer zu betreiben. ‚Weza’ ist übrigens ein Wort in Swahili und bedeutet ‚Energie’.

Im Gegensatz zu den bisherigen Modellen – als Beispiel füge ich hier eine Abbildung des 60 bis 80 W leistenden Human Power Generator der Firma Windstream Power LLC für 550 $ ein – besticht der ‚FreeCharge Weza’ durch sein Äußeres ebenso wie durch seinen ergonomischen Betrieb, da man hier ja nicht ununterbrochen kurbeln muß.

Pedalbetriebener Human Power Generator

Human Power Generator

In der 3. Welt sind jedoch noch immer die eher konventionellen, zumeist aus Fahrradteilen zusammengeschraubten Pedal-Generatoren verbreitet, wie z.B. das abgebildete Modell aus Karagwe in Tansania, dessen Technologie von der amerikanischen Firma dissigno aus San Francisco in Kooperation mit der afrikanischen Nichtregierungsorganisation KADERES aus Nepal ‚importiert’ wird. Das Foto stammt von John Dickey.

Eine konventionelle 12 V Autobatterie kann damit innerhalb von 6 h aufgeladen werden – was wiederum ausreicht, um mit dem Strom 8 – 10 kleinere Batterie/LED-Lampen zu betreiben.

Dissigno hat bereits 2007 in Haiti ein entsprechendes Pedal-Energie-Projekt erfolgreich durchgeführt und wird deshalb bei der im September 2008 startenden Aktion in Tansania mit 200.000 $ von der Weltbank unterstützt. Begonnen wird mit einem Pedalgenerator und 100 Stück 4 V ‚Firefly’ LED-Lampen des australischen Projekts Barefoot Power, von denen jede einzelne mehr Licht liefert als mehrere Kerosin-Lampen zusammen. Der Breiteneinsatz soll dann ab Januar 2009 beginnen.

Hierzu sein angemerkt, daß Schätzungen von 2005 zufolge die Bewohner der weniger entwickelten Länder jährlich mehr als 10 Milliarden Dollar für Kerosin (Leichtpetroleum) für Beleuchtungszwecke ausgeben!

Firefly LED-Lampe

Firefly

Einen Vorläufer dieses Projekts bildet die Initiative von 2003, als die beiden Kalifornier Lee Thorn und Lee Felsenstein gemeinsam mit der Jhai Foundation ein Dorf in Laos mittels Tretgenerator an das Internet angeschlossen haben.

Selbstbau-Pläne für derartige Systeme werden von der kleinen Firma Pedal Power Generators LLC aus Gilbert, Arizona, veröffentlicht (siehe: scienceshareware.com). Eine Recherche im Netz erbringt allerdings noch eine Vielzahl weiterer Anleitungen und Beschreibungen, in denen Selbstbau-Experten ihre entsprechenden Erfahrungen mitteilen.

Ein aus meiner Sicht ideales Zusatzgerät, mit dem jedes normale Fahrrad zur Erzeugung von 75 – 200 W bei 12 – 25 V Gleichstrom eingesetzt werden kann, wird für 365,95 $ bei econvergence.net angeboten, die Baupläne kosten 49,95 $. Eine technisch etwas anspruchsvollere Version gibt es bei windstreampower.com für 595 $, mitsamt einem ‚portable Power Pack’ zur Speicherung der Tretenergie für 1.025 $.

Da sich der (mobile) Stromverbrauch bei Bewohnern der entwickelten Länder im Grunde auf den iPod und das Fotohandy beschränken, ist vielleicht auch für diese Zielgruppe bald das passende Gerät auf dem Markt: der ‚OHM-Akku’.

Auch dieser ist eine Batterie/ Ladegerät-Kombination, die körperlichen Einsatz verlangt. Dabei werden an den Speichen des Fahrrads Magneten angebracht, die über Elektroinduktion für den Strom sorgen, der in die Batterie gespeist wird. Dafür muß man allerdings auch etwas kräftiger strampeln als sonst. Der Li-Io-Akku soll mit 1.200 mA ausgelegt sein und eine Radfahrt von 45 Min. soll ausreichen um das Handy aufzuladen. Das Gerät ist bislang nur eine Studie des Designers Xavier Unwin, die Mitte 2008 in einigen Blogs erscheint, hat aber gute Chancen, bald umgesetzt zu werden.

Eine weitere Umsetzung bildet das EGAS (Energy Generation And Storage system) von Great Systems Inc., das zwar schon 2006 patentiert wurde (US 7.009.350), bislang aber noch nicht in Produktion gegangen ist.

Um einen ‘sinnlichen’ Eindruck davon zu bekommen, wie viel Energie man selbst verbraucht, muß man nur die Anzahl der verbrauchten kWh aus der letzten Stromrechnung x 4 nehmen (denn man kann auf einem Fahrradgenerator pro Stunde rund 250 W produzieren). Das Ergebnis zeigt die Anzahl der Stunden, die man im Sattel verbringen müßte um den eigenen Verbrauch selbst zu decken.

Um einen SiCortex SC648 Supercomputer am MIT 20 min. lang mit den dazu erforderlichen 1,2 kW betreiben zu können, haben im Dezember 2007 gleichzeitig 10 Mitarbeiter kräftig in die Pedale treten müssen – womit sie gleichzeitig auch einen neuen Rekord aufgestellt haben.

Es gibt inzwischen eine Vielzahl von Einzelerfindern, die sich mit der Optimierung der pedalerzeugten Elektrizitätsgewinnung beschäftigen. Eine der effektivsten Umsetzungen stammt von David Butcher, der ein großes, hölzernes Schwungrad als Motorantrieb nutzt und der in den zwei Jahren, in denen er an seiner Entwicklung gearbeitet hat, schon 15 kg abgenommen hat. Bislang hat Butcher schon 300 Kopien seiner Baupläne verkaufen können (Stand 2008).

Pläne mit sehr detaillierten Video-Selbstbauanleitungen gibt es auf der Seite pedalpowergenerator.com, über die man auch einzelne Komponenten bestellen kann. Über die Stromerzeugung beim Fahren berichte ich weiter unten im Absatz Reifen und Räder.

Ende 2008 beschließt die Stadtverwaltung von Barcelona sechs Weihnachtsbäume aus Metall der Designerin Martiria Figueres aufzustellen, deren Lichter solar- oder fahrradbetrieben aufleuchten sollen. Ein Aufruf zur Senkung des Energieverbrauchs insbesondere während der 44 Tage lang angeschalteten Weihnachtsbeleuchtung. Die Bäume sind 11 m hoch, verbrauchen jeweils zwischen 200 und 300 W und kosten zusammen 214.000 €.

Durch Fahrradstrom erleuchteter Weihnachtsbaum in Barcelona

Fahrradstrom in Barcelona

Die Solar-Bäume, deren Blätter aus Solarzellen bestehen, fangen die Energie während des Tages ein und strahlen in der Nacht ihr buntes LED-Licht aus, andere Bäume werden durch aufgebockte Fahrräder betrieben, wodurch die Menschen eingeladen sind, für die Weihnachtsdekoration selbst in die Pedale zu treten. Vorläufer ist ein pedalbetriebenes Weihnachts-Großplakat mit 1.5000 LEDs in Vancouver, British Columbia, zum Jahreswechsel 2006.

Ein ähnlicher Einsatz findet zum Jahresende 2008 auch am Times Square in New York statt, wo der Batteriehersteller Duracell sechs stationäre Fahrräder mit elektrischen Generatoren aufstellt, die wie Motorschlitten aussehen. Um die große Leuchttafel mit Strom zu versorgen, auf der am Sylvesterabend eine viertel Stunde lang der Sekunden-Countdown bis zum Jahreswechsel zu sehen ist, strampeln sich ab Anfang Dezember insgesamt 137.228 Touristen und Einwohner ab. Die Elektrizität wird in Batterien zwischengespeichert, verbraucht wird sie von  608 Halogenlampen, die zusammen 7,25 kWh Strom benötigen.

Anscheinend ist es zu diesem Weihnachtsfest ausgesprochen angesagt zu strampeln, denn sogar das renommierte Tate Museum in London läßt seinen Baum per Pedalkraft aufleuchten. Direkt um den von Bob und Roberta Smith aus recycelten Materialien gestalteten Baum herum sind 15 Strom-Räder angeordnet, deren Technik von der seit dem Mai 2007 bestehende Gruppe Electric Pedals stammt, die ihre Fahrrad-Generatoren ansonsten zumeist zur Beleuchtung und Beschallung von Veranstaltungen einsetzt.

Ebenfalls Ende 2008 bietet die amerikanische NGO Global Inheritance als ‚grünes’ Weihnachtsgeschenk ein ‚Plug & Play Energy Bike’ an – und Chris Natt schafft es mit seinem gut durchdachten ‚Universal Generator’ in die Endrunde des Feel the Planet Earth Wettbewerbs. Ein wesentliches Ziel dieses Projekts ist die Stärkung der Menschen in der Dritten Welt.

Dieser sehr gut durchdachte Generator nutzt kinetische Energie um Elektrizität zu erzeugen, wobei die stabile Konstruktion aus einer inneren und einer äußeren Trommel besteht, bei denen der Anwender selbst wählen kann, welche davon verankert wird und welche frei drehbar bleibt. Drei große Schrauben an beiden Enden des hoch effizienten Generators bieten Zugang zu einem einfachen Mechanismus, der den Einbau bzw. die Entfernung einer Achse in der Mitte des Generators ermöglicht.

Pedalgenerator YoGen MaxT

YoGen MaxT

Je nach beabsichtigter Anwendung erlaubt dies den Einsatz von Achsen unterschiedlicher Länge und Dicke. Den Möglichkeiten und dem Potential dieses Gerät sind keine Grenzen gesetzt, als Beispiele werden Installationen in Verbindung mit aufgeschnittenen Ölfässern (s. Savonius-Rotor) oder mit Wasserrädern aus Bambus genannt. Ebenso ist es möglich Batterien aufzuladen, während ein Esel einen Karren auf den Markt zieht, indem der Generators an einer der Achsen des Wagens angebaut wird.

Das zusammenklappbare Pedal-Ladegerät ,YoGen MaxT’ von Easy Energy, das im Januar 2009 vorgestellt wird, erinnert ein wenig an eine alte Nähmaschine – oder an die Effektgeräte von Gitarren. Es soll 60 – 80 W generieren, zudem kann man noch bis zu 12 Stück AA Batterien in das Pedal stecken, damit der Laptop nicht gleich ausgeht, wenn man sich kurz ausruhen will.

Im Mai 2009 stellt der Telekommunikationsanbieter Orange auf dem Glastonbury Rock-Festival in Großbritannien seine ,Orange Power Pump’ vor, ein Ladegerät das in Zusammenarbeit mit dem Unternehmend GotWind entwickelt wurde.
Das sehr sinnvolle Utensil für Camper oder für die Ferien sieht nicht nur aus wie altmodische Blasebalg-Fußpumpe, es ist auch eine – die allerdings kein Schlauchboot aufpumpt, sondern eine kleine Luftturbine antreibt die Strom erzeugt. Eine Minute Pumparbeit bringt etwa fünf Minuten Akkulaufzeit für das Handy, das sich mittels Adapter anschließen und aufladen läßt.

Ebenfalls pumpen – allerdings mit der Hand -, muß man die ,PUYL bicycle pump’ … um neben dem Luftdruck im Reifen gleichzeitig auch den Akku des in der Fahrrad-Luftpumpe integrierten Akku aufzuladen. An der Stange angebracht dient die von Kai Malte Roever designte und bereits patentierte Pumpe dann als starkes LED-Licht

Mehrpersonen-Fahrradgenerator Biker Bar

Biker Bar

Die US-Initiative Rock the Bike meldet im Sommer 2009 das geniale Konzept seiner ,Biker Bar’ zum Patent an, die in New York und San Francisco vermietet werden soll. Das System erzeugt gleichzeitig Strom und Spaß, da es einen 300 W Generator mit sozialer Aktivität verbindet.

Angeliefert wird die Pedalstrom-Palette von einem elektrisch betriebenen ‚Mundo cargo bike’, das anschließend aufgebockt und dessen Elektromotor als Generator genutzt wird, der 1.000 W Spitze leistet. Die demokratische Basis des Ganzen: Anstelle von speziellen Bikes kann jeder mit seinem eigenen Fahrrad angeschlossen werden um sich an der Stromproduktion zu beteiligen. Eine Komplettanlage wird für 6.750 $ angeboten, der Selbstbausatz kostet 2.750 $.

Ein geniales Konzept namens ‚Hybrid2’, das im Juli 2009 bekannt wird, stammt von dem Designer Chiyu Chen. Das System besteht zum einen aus Leihfahrrädern, die während des Fahrens Strom erzeugen und speichern. Werden sie an den Übergabestationen wieder eingeklinkt, dann wird der gewonnene Strom ins Netz weitergeleitet um einen Hybridbus zu versorgen, eine weitere Komponente des Systems. Auf den persönlichen Chipkarten des Leihsystems wird der Energieertrag gespeichert, der anschließend bei Fahrten mit dem Bus oder anderen öffentlichen Nahverkehrsmitteln verrechnet werden kann.

Interessanterweise hat einen Monat zuvor der Schwede Marten Wallgren gemeinsam mit seinen Kollegen Il Choi, David Seesing und Miika Hekkinen ein gleichartiges, aber schon wesentlich ausgereiftes Designkonzept für ein Netzwerk aus elektrischen Bussen, Taxis und Roller-Bikes vorgestellt. Es handelt sich um einen Beitrag zum Future City Mobility Wettbewerb 2009, bei dem es darum geht, sich den öffentlichen Nahverkehr in London im Jahr 2030 vorzustellen. Die Designer des Projektes ‚London Garden’ gewinnen prompt den Seymour Powell Preis, und im September 2009 auf der Frankfurt Motor Show auch den Preis für das beste Öko-Design.

Die völlig neu gestalteten speziellen Fahrräder sind klappbar und lassen sich neben ihrem normalen Betrieb noch in zwei weiteren Modi fahren: Entweder unter Last, wobei Strom erzeugt und gespeichert wird, oder als Elektro-Roller, wo der gespeicherte Strom verbraucht wird. Überschußstrom fließt in das Netz und kann mit anderen Fahrdienstleistungen verrechnet werden. Die Fahrradständer sind als baumartige Strukturen gestaltet und mit weiteren energieeinfangenden Systemen wie Solarzellen und kinetischen Elementen zur Nutzung des Windes ausgestattet.

Umgebaute Fahrräder werden jedoch auch zu anderen Zwecken genutzt, bei denen die gewonnene Energie indirekt umgesetzt wird. Über Umsetzungen mit tatsächlich fahrenden Rädern berichte ich, wie schon gesagt, weiter unten im Absatz Reifen und Räder.

Aus der Fülle des Materials werde ich ein paar repräsentative Entwicklungen vorstellen, die auch als Anregungen für Selbstbauten dienen können:

Pedalpumpe Bicimáquinas

Bicimáquinas

In Guatemala präsentiert die bereits genannte NGO Maya Pedal Ende 2006 eine fahrradbetriebene Wasserpumpe mit dem Namen ‚Bicimáquinas’, die pro Minute 20 – 40 Liter Wasser aus einer Tiefe von bis zu 30 m hochpumpen kann.

Im Juli 2007 beteiligt sich der Maschinenbauingenieur Bill Llewellin aus Littleton, Colorado, mit einer pedalbetriebenen ‚Air Gun’ an der amerikanischen DIY Rallye des Magazins Popular Mechanics, mit der durch das Anbringen eines Kompressors an einem stationären Fahrrad er Gummibälle, Kartoffeln oder kleine Kürbisse verschießen kann.

Im Februar 2007 stellt der österreichische Ingenieur Roland Mösl aus Gartenau nahe Salzburg einen umgebauten Ftness-Trainer vor, der eine Wärmepumpe zum Kühlen von Bier antreibt – auf der einen Seite –, während man auf der anderen seinen Kaffe warmhalten kann. Die Innovation hat im Fall ihre Produktreife sicherlich das Zeug zum Renner!

Daneben gibt es weltweit noch diverse studentische Projekte wie beispielsweise an der Rowan University in New Jersey, wo Anfang 2008 unter der Leitung von Frau Prof. Beena Sukumaran eine Fahrrad-betriebene Kornmühle entwickelt wird, die zu einem Preis unter 200 $ hergestellt werden kann.

Fahrradbetriebene Kornmühle

Kornmühle

Im Grunde geht es immer darum, die Rotation zu einer produktiven Tätigkeit heranzuziehen oder in eine sinnvolle andere Energieform umzuwandeln – der Phantasie sind keine Grenzen gesetzt.

Ebenso sinnvoll ist die von Studenten des MIT für Peru entwickelte pedalbetriebene Waschmaschine, die den Einwohnern eine Alternative zu verdreckten Flüssen bieten soll. Die ‚Bicilavadora’ setzt sich ausschließlich aus alltäglichen und überall zu erhaltenden Gegenständen zusammen: Die Basis bildet ein Fahrrad, an dessen Vorderseite ein gekürztes Ölfaß als Waschtrommel angebracht ist. Die Tret-Waschmaschine kommt ganz ohne Elektrizität aus und ist sehr günstig herzustellen. Ein Prototyp (noch bereitet die Öffnung der Waschtrommel einige Probleme) wird Anfang 2009 in einem Slum in Peru eingesetzt, wo die Schmutzwäsche von 670 Kindern für ihre Vollauslastung sorgt.

Eine frühere Version der Waschmaschine, die der Maschinenbaustudent Radu Raduta entwickelt hatte, gewann im Jahr 2005 den ersten Preis des MIT Ideen-Wettbewerbs.

Ein weiter Vorläufer ist Alex Gadsden, dessen ,cyclean’ Prototypen von 2001 tatsächlich funktionieren. Die verschiedenen Entwicklungen schüren damit die Hoffnung, daß auch nach einem ‚Blackout’ immer noch die Möglichkeit besteht die Wäsche sauber zu halten…

Viele schöne Fotos von umgebauten Fahrrädern gibt es auf der Seite thehumanpoweredhome.

cyclean Fahrrad-Waschmaschine

cyclean

Als einen sehr interessanten Umbau eines Bullitt Frachtrades empfinde ich die Arbeit der drei dänischen Enthusiasten Ulrik Bing, Carsten Koch und Claus Nørregaard, die das Rad mit einem Mini-Windrad, Sonnenkollektoren und Batterien ausgestattet und in eine mobile Ladestation umgewandelt haben. Diese wird außerdem durch einen Pedalgenerator gespeist, solange das Rad aufgebockt ist.

Das Energie-Rad wird Ende 2008 in Kopenhagen vorgestellt. Im Dezember 2009 soll das Rad auch während der UN-Klimakonferenz in Kopenhagen im Einsatz gezeigt werden. Die drei Initiatoren arbeiten auch an der Gründung der ersten von Menschen ‚gepowereten’ Trainingszentren in Dänemark.

Andere Länder, andere Prioritäten: Der Hersteller von Transport-Rädern Metrofiets in Portland, Oregon, stellt im September 2009 ein Fahrrad vor, mit dem zwei Bierfässer samt Zapfanlage transportiert werden können. Das Bier wird mit elf Kilo Eis gekühlt, und auf dem Gepäckträger haben die heißen Pizzas Platz. Außerdem ist auch noch eine Musikanlage eingebaut. In einer zukünftigen Version soll auch noch eine Solaranlage integriert werden, die in der Lage ist, alle elektrischen Teile des Party-Fahrrads zu versorgen.

Die Abbotsford Middle School in Vancouver wird im Oktober 2009 die erste Schule Kanadas, deren Computerraum mit drei verschiedenen Formen der erneuerbaren Energie betrieben wird. Gemeinsam liefern eine Photovoltaikanlage, eine Windkraftanlage sowie ein Fahrrad-angetriebener Generator ihren Strom an ein Batterie-System, das dann die Computer betreibt. Pro Jahr sollen so knapp 1.100 kWh anschaulich erzeugt und verbraucht werden.

Doch natürlich geht das alles auch eine Nummer kleiner: Eine frühe Form der inzwischen schon weiter verbreiteten muskelbetriebenen Taschenlampen kommt bereits 1935 auf den britischen Markt. Ebenso geht die Erfindung der mit Federwerken versehenen Kurbelradios auf einen Briten zurück, nämlich Trevor G. Baylis, der 1993 sein erstes Modell erfolgreich zum Funktionieren bringt.

Dynamo-Taschenlampe von 1935

‚Magneto‘ Taschenlape
(ca. 1935)

Er tritt damit gewissermaßen in die Fußstapfen des deutschen Erfinders Peter Henlein, der um 1510 als erster eine Taschenuhr mit aufziehbarer Stahlfeder gebaut hatte, die erstaunliche 40 Stunden lang tickte. Auf die Nutzung der Muskelkraft beim aufziehen von Federn komme ich später noch zu sprechen. Hier soll es erst einmal um die direkte Umsetzung mittels Kurbeln gehen.

Auch diese Technik ist nicht sehr neu, selbst die frühen Telefone hatten keine Wählscheibe, sondern Kurbelinduktoren um sich beim Fräulein vom Amt bemerkbar zu machen. Dabei handelt es sich um einen handbetätigten elektrischen Generator, der beim Drehen einer Kurbel Wechselspannung erzeugt. Handbetriebene Generatoren wurden noch im Zweiten Weltkrieg häufig genutzt, wie beispielsweise im Rahmen der Seenotrettungsausrüstung für US-Flugbesatzungen. Diese konnten bei Notwasserung einen Drachen (Gibson Girl) aufsteigen lassen, der eine dünne Notantenne in den Himmel trug, die mit einem kurbelbetriebenen Funkgerät verbunden war um SOS zu senden.

Nachdem im April 1994 das BBC Programm ,Tomorrow’s World’ über das batterielose Kurbelradio berichtet, wird 1995 mit Unterstützung der Liberty Group, Staines and Stear die BayGen Power Industries in Cape Town gegründet. 1996 erhält das ‚Freeplay radio’ den BBC Design Preis für das beste Produkt und beste Design, und ab 1997 rollt bereits das Folgemodell ‚Freeplay Radio 2’ vom Band. Mit nur 30 Sekunden kurbeln kann es eine Stunde lang betrieben werden.

Seit 1998 besteht außerdem die Freeplay Foundation, eine Stiftung, die Bedürftigen in der Dritten Welt die Anschaffung eines solchen Kurbelradios erleichtert.

Während des Kosovo-Krieges 1999 verteilte das Rote Kreuz Tausende kabelloser Kurbel-Radios, um mit Suchsendungen auseinander gerissene Familien wieder zusammenzubringen – und im Niger waren 2002 Tausende der Bewohner der Landes bereit, ihre Waffen gegen ‚Freeplay’-Radios einzutauschen.

Handkurbelradio im Porsche-Design

Porsche-Design

Ein besonders interessantes und ästhetisches Design für ein neues Kurbelradio kommt aus dem Hause Porsche. Das Eton P9110 emergency radio wird im August 2007 vorgestellt. Neben einem Mehrbandempfänger besitzt es ein starkes LED-Blinklicht, eine Notruf-Sirene, ein rotes Warnblinklicht – und es kann das Handy laden. Die Hülle besteht aus Gußaluminium, und wiegen tut das Designobjekt mit Gebrauchswert 740 g.

Die Freeplay Foundation entwickelt inzwischen Prototypen einer Ladestation für Beleuchtungszwecke, um die teuren, ungesunden und umweltschädlichen Methoden zu ersetzen, die viele Afrikaner derzeit nutzen, um Licht in ihren Häusern zu haben. Im November 2007 verlautet, daß erste Feldtests in den nächsten Monaten in Kenia stattfinden sollen. Außerdem will die Stiftung Frauen rekrutieren, welche die durch Kurbeln aufladbaren Lichter verkaufen und später auch warten und reparieren sollen. Seit ihrer Gründung im Jahr 1998 hat die Stiftung mehr als 150.000 Lifeline-Kurbelradios verteilt.

Ab Anfang 2008 bietet Freeplay Energy mit dem ,Freeplay Companion’ ein kurbelbetriebenes AM/FM Radio an, das ein integriertes kleines Solarpaneel, LED-Lichter sowie einen Anschluß zum Aufladen des Handys besitzt – und dies zu einem äußerst günstigen Preis von rund 30 $.

Den INDEX:Award 2009 gewinnt Freeplay wiederum für einen kurbelbetriebenen Herzfrequenzmonitor für Ungeborene, der in abgelegenen Gebieten der Dritten Welt die Geburt für Mütter und Kinder sicherer macht, wo fachgerechte Betreuung und Strom Mangelware sind.

Der Freeplay-Monitor ist ausdrücklich für die rauhen Bedingungen des ländlichen Raums geschaffen. Er ist einfach aufgebaut und hat nur ein Ein/Aus-Schalter sowie eine Handkurbel zur Erzeugung des Stroms. Eine Minute kurbeln erlauben 10 Minuten Betrieb. Die Herstellung erfolg durch die Ultrasound Technologies Ltd. im britischen Wales.

Doch damit nicht genug, denn inzwischen verbreiten sich weltweit die MP3-Player, die ebenfalls Strom brauchen. Für rund 350 $ wird daher seit Mitte 2007 der erste kurbelbetriebene ‚Eco Media Player’ angeboten, das ebenfalls von Baylis entwickelt worden ist. Eine Minute kurbeln erlaubt 45 Minuten Hörgenuß, mit dem Gerät lassen sich u.a. aber auch Videos anschauen, das Handy aufladen und sogar alte LPs aufnehmen.

Eco Media Player

Eco Player

Eine nicht ganz so variantenreiche Version, die sich ausschließlich als kurbelbetriebenes Ladegerät bzw. Taschenlampe präsentiert, ist die seit Mitte 2008 auf dem Markt befindliche ‚superbattery’ der Firma Datexx aus Kenilworth, New Jersey, für 40 $. Wichtigstes Element dabei ist neben der integrierten 600 mA NiMH Speicherzelle natürlich der USB-Anschluß, der mit allen Arten von Handys, iPods oder Digitalkameras kompatibel ist.

Alternativen dazu gibt es inzwischen immer mehr, als Beispiel sei das nur 20 $ kostende ‚eco airs’ des japanischen Herstellers Assets Electrical genannt, das ebenfalls mit USB-Anschluß und LEDs ausgestattet ist.

Ganz ähnlich funktioniert auch das ,Bamboo phone’ des holländischen Designers Gert-Jan van Breugel, das nicht nur kurbelbetrieben ist, sondern dessen Hülle auch noch aus biologisch abbaubarem Bambus besteht. Als Motiv gibt der Entwickler an, daß derzeit weltweit rund eine Milliarde Handys pro Jahr produziert werden (!), wobei die Nutzer in den entwickelten Ländern ihre Geräte durchschnittlich alle 18 Monate ersetzen – von denen allerdings nur 10 % recycelt werden. Dabei wird bei der Herstellung eines 90 g Handys rund 36 kg CO2 produziert.

Bamboo phone Kurbelhandy

Bamboo phone

In der Hülle befinden sich übrigens auch noch Bambus-Samen, sodaß der Recycling-Prozeß auf dem Komposthaufen gleichzeitig auch der Beginn einer Nachzüchtung des Herstellungsmaterials bedeutet.

Das manuelle Aufladen wiederum soll bewußt machen, daß die Versorgung von etwa 60.000 Mitteleuropäern mit Strom möglich wäre, wenn nur 10 % aller Handy-Nutzer ihre Ladegeräte nach Gebrauch sofort abschalten würden. Beim ,Bamboo phone’ reichen drei Minuten kurbeln um einen Anruf zu machen.

Einen etwas größeren Hand-Generator, der einen Wirkungsgrad von 95 % besitzen soll, wird bereits 2007 während der British Invention Show von dem Unternehmen New Universal Products vorgestellt.

Der ‚Uhuru Generator’ ist für den Einsatz in der 3. Welt gedacht und kann bis zu 20 Stück der 2 W verbrauchenden 100 $ Laptops (s.u.) bzw. 30 LED-Leuchten mit Strom versorgen. Die Firma sucht allerdings noch nach Investoren, um ihre Entwicklung bis zu einer Leistung von 100 W weiterzuführen.

e-charkha Kombinationsgerät

e-charkha

Im November 2007 stellt die indische Khadi and Village Industries commission (KVIC) – auch als Hommage an die von Mahatma Gandhi verbreiteten, handbetriebenen Spinnräder namens ,Ambar charkha’ (Himmelsrad), die dabei mitgeholfen haben, Indien von der britischen Besatzung zu befreien – ein Zusatzgerät namens ,e-charkha’ vorgestellt, bei dem während des Spinnens Strom für ein LED-Licht oder den Betrieb eines Radios erzeugt wird.

Die patentierte Entwicklung kostet knapp 200 $, erzeugt 6 – 9 W  und stammt von dem Ingenieur und Inhaber der Firma Flexitron R. S. Hiremath aus Bangalore.

Ein zweistündiger Betrieb reicht aus, um über die integrierte Bleibatterie einen kleinen Transistorempfänger 6 – 7 Stunden lang zu versorgen.

Mitte 2008 beginnt die indische Regierung im Rahmen eines Pilotprojekts, die aufgerüsteten Spinnräder kostenlos an Familien in dem Dorf Jatwara zu verteilen.

Ende 2007 kommt eine LED-Nachtlampe für umweltbewußte Camper auf den Markt, die mit einer Handkurbel ausgestattet ist, wobei eine Minute Handarbeit 8 – 10 Minuten Licht ergibt. Die ,Cyba Lite’ Lampe wiegt 0,9 kg, ist mit 15 LEDs ausgestattet und kostet 30 £ (Englische Pfund). Faule können sie auch über den Zigarettenanzünder des Autos aufladen. Unter dem Namen ,Cyba-lite’ gibt es auch eine abgespeckte Version für 20 £.

Kurbelrasierer Powerplus Piranha Dyanmo

Powerplus Piranha Dyanmo

Ebenfalls neu auf den Markt kommt ein Handkurbel-betriebener elektrischer Rasierapparat – der in der schon ziemlich breiten Produktpalette bislang wirklich noch gefehlt hat. Der ‚Powerplus Piranha Dyanmo’ erfordert für eine einminütige Rasur fast ebenso langes kurbeln, damit der Lithium-Ionen-Akku stark genug aufgeladen wird. Natürlich ist auch hier ein Nachladen aus dem Netz möglich. Der Preis beträgt 25 £.

Eine weitere leichte Lampe, die von Hand angetrieben und im Zuge der Greener Gadgets Design Competition 2008 bekannt wird, ist von dem Amerikaner Efrain E. Velez entworfen worden. Ihrer Form und Funktion nach ist sie einem altmodischen mechanischen Bohrer nachempfunden. Schon eine Minute kurbeln sollen genügen, damit die ‚Crank-Lamp’ 40 – 60 Minuten lang helles LED-Licht abgibt. Das Design besteht aus voll recyclingfähigen Karosserieteilen aus Aluminium.

Im März 2008 stellt Thanko einen MP3-Player mit Handkurbel vor. Mit einer Minute kurbeln ergeben sich 10 Minuten Hörgenuß – bei der ebenfalls integrierten LED-Taschenlampe reicht diese Anstrengung für 50 Minuten Licht. Der displaylose Player hat 1 GB eingebauten Speicher und soll für umgerechnet 40 € zu haben sein.

Eco Media Player mit Kurbel

Eco Media Player

Ein schon wesentlich besser ausgestattetes Modell bringt fast zeitgleich die Trevor Baylis Brands plc. auf den Markt. Der ,Eco Media Player’ ist mit Abstand das stilvollste und modernste Gerät seiner Art, die Idee dafür stammt von Trevor Baylis, dem Schöpfer der ersten Kurbel-Radios (s.o.). Um den integrierten Akku mit Saft für 40 – 45 Minuten Laufzeit zu geben, soll es ausreichen eine Minute lang von Hand zu kurbeln. Der vollständig geladene Lithium-Ionen-Akku bietet Energie für 48 Stunden Musik oder sieben Stunden Video auf dem 2-Zoll LCD-Bildschirm. Ein super-heller LED ‚Fackel-Modus’ und der Einsatz als 3-Minuten-Handy-Ladegerät machen den Eco Media Player auch in Notfällen nützlich. Das bei Real Goods Solar erhältliche Gerät kostet 199 €.

Im Mai 2009 berichtet die Presse über die Eröffnung Deutschlands erster Personenseilbahn in Hessen. Sie quert die Fulda im Schwalm-Eder-Kreis zwischen Malsfeld und Morschen. Angetrieben wird das Gefährt durch zwei Handkurbeln, mit denen man ein Zahnrad an einer Kette bewegt, die den kleinen Metallkorb etwa 40 m weit über die Fulda trägt. Eine durchschnittliche Überquerung dauert fünf Minuten.

Ylight Drehlampe

Ylight

Das einzigartige Gefährt, mit dem bis zu vier Personen samt ihren Rädern in zwei Metern Höhe über den Fluß setzen können ist von dem Ingenieurbüro Intium geplant worden und hat 134.000 € gekostet und liegt auf dem Radwanderweg R1. Sollte jemand einmal steckenbleiben, kann er über einen Notrufsender Hilfe holen. An dem etwa 2 x 2 m großen Korb hängt allerdings auch ein Rettungsring.  

Ebenfalls im Mai wird das Konzept einer Taschenlampe mit Handbetrieb namens ‚Ylight’ des Designers Andre Moneiro vorgestellt. Um die Lampe aufzuladen steckt man einfach seinen Finger in das Loch in der Mitte der Taschenlampe und beginnt das Ylight hin und her zu drehen. Die Helligkeit ist regelbar, und die kleine Taschenlampe verfügt über drei Birnen, die in alle Richtungen strahlen, wodurch sie sich auch als kleine Außenbeleuchtung eignet.

Ein kurbelbetriebenes Radio von Kikkerland für 25 $, das nicht nur farblich grün ist, kommt im Juni 2009 in den Verkauf. Es ist außerordentlich kompakt und eignet sich hervorragend für den Trecking-Urlaub.

Wie nahezu jedes Radio empfängt es UKW und Mittelwelle, und bei sonnigem Wetter sorgt die eingebaute Solarzelle für die notwendige Energie. Andernfalls kann der integrierte Akku durch das Betätigen einer Drehkurbel geladen werden. Eine Minute kurbeln bringt Energie für 30 Minuten. Komplett aufgeladen erlaubt er bis zu sieben Stunden lang Musik und Nachrichten zu hören.

Kurbel-Batterielader wind-up-battery

wind-up-battery

Eine naheliegende und deshalb wohl bislang übersehene Technik stammt von dem Designer Qian Jiang. Sein brillantes Konzept eines AA-Akkus ist schon fast minimalistisch zu nennen, denn dieser Akku braucht kein Ladegerät und keine Steckdose.

Mit einer kleinen, aufklappbaren Kurbel hat er die eingebaute Möglichkeit, seinen Saft wieder aufzufüllen. In den Fachblogs erscheint das Konzept im Oktober 2009.

Da Jiangs ,wind-up-battery’ bislang nur auf dem Papier existiert, kann auch die Behauptung nicht überprüft werden, daß man für eine komplette Ladung nur 20 Minuten zu kurbeln braucht. Ich wünsche dem Designer jedoch die eine baldige Umsetzung seiner wirklich bemerkenswerten Idee.

One Laptop per Child (OLPC)

Die Handkurbel, mit der unsere Großväter – und manchmal sogar noch unsere Väter – ihre Autos ankurbelten, sollte ursprünglich auch die primäre Energiequelle des ‚One Laptop Per Child(OLPC), auch ‚100-Dollar-Laptop’ genannt, werden– was sich allerdings dann doch nicht als der Weisheit letzter Schluß herausstellte…

Da ich das ganze Projekt auch über seinen energetischen Aspekt hinaus sehr interessant finde (was passiert eigentlich, wenn innerhalb weniger Jahre 100 Millionen Kids aus der 3. Welt in das Internet stürmen??), dokumentiere ich die Entwicklung im Folgenden etwas detaillierter.

Erstes Modell vom 100 Dollar Laptop

100 Dollar Laptop
(früher Prototyp mit Kurbel)

Im Rahmen der Emerging Technology Conference des MIT stellt Media Lab-Gründer Nicholas Negroponte Ende September 2005 einen neuen Prototypen des 100-Dollar-Notebook vor, das für Ausbildungszwecke in Entwicklungsländern gedacht ist und nicht in den freien Handel kommen soll. Zu diesem Preis soll es den Regierungen dieser Länder möglich werden, Laptops für jedes Kind zu kaufen, um Millionen Menschen neue Bildungschancen zu eröffnen.

Die Idee stammt ursprünglich von dem amerikanischen Computerpionier Alan Kay, der bereits in den siebziger Jahren die Idee vom ‚Dynabook’ entwickelte, einem Computer für Kinder.

Das Gerät der Aktion ‚One Laptop per Child’ (OLPC) war der Öffentlichkeit erstmals im Januar 2005 vorgestellt worden, im November des gleichen Jahres folgt eine Präsentation auf dem Weltinformationsgipfel in Tunis zusammen mir UNO-Präsident Kofi Anan. Sponsoren sind AMD, Brightstar, Google, die News Corporation und Red Hat.

Der Laptop wiegt unter 1,5 kg, läuft unter Linux, hat einen 500 MHz AMD-Prozessor, USB-, WiFi- und Handy-Anschluß, sowie einen 1 GB-Flashspeicher. Das 14″-Dual-Mode-LC-Display, das zur Darstellung größerer Kontraste auch in Schwarz-Weiß betrieben werden kann, soll nur 35 $ kosten. Durch die Internet-Anbindung sollen die Kinder und Jugendlichen in Kontakt mit dem Rest der Welt kommen, um einen Geist von Offenheit und ein globales Zusammengehörigkeitsgefühl zu adaptieren.

Das Besondere ist jedoch eine Handkurbel, mit der in einer Minute Strom für 10 Minuten Betrieb erzeugt wird, damit der Laptop auch in Regionen eingesetzt werden kann, in denen es an Elektrizität mangelt. Die Rechner sollen außerdem lange haltbar sein. Weil die Zielgruppe Kinder sind, sollen die Laptops auch Stürze sowie Wasserspritzer und Staub aushalten, wobei die Initiatoren allerdings davon ausgehen, daß die Kinder ihre Computer pfleglich behandeln werden, weil sie sie sehr schätzen. Und der Diebstahlgefahr wird durch das besondere Design der Rechner begegnet.

Brasilien, Thailand und Ägypten melden bereits Interesse an – sie wollen zwischen 500.000 und einer Million Geräte kaufen, sobald sie erhältlich sind. Nach Angaben von Negroponte stehen im März 2006 auch Argentinien, China, Indien und Nigeria kurz davor, Tausende Geräte zu bestellen.

Die Produktion des ‚$100 Laptop’ sollte bereits Ende 2006 anlaufen, und das Projekt in Thailand starten. Doch im November 2006 wird bekannt, daß in einem jüngst zwischen der OLPC und dem libyschen Staatschef Muammar al-Gaddafi unterzeichneten Memorandum of Understanding ein Preis von über 208 US-Dollar angegeben ist. In dem 250 Mio. $ Paket geht es um 1,2 Mio. Rechner, einen Server für jede Schule des Landes, einen technischen Beraterstab, eine Internetanbindung via Satellit und andere Infrastrukturmaßnahmen. Besprochen wurde auch eine libysche Finanzierung ähnlicher Projekte im Tschad, in Niger und Ruwanda.

olpc-Kinder-PC in der möglichen Endversion

olpc Endversion (?!)

Dem Entwicklerteam zufolge ist die Herstellung des Bildschirms wie auch des Akkus deutlich teurer als ursprünglich geplant, doch man hofft die Kosten bis zur Einführung des Gerätes in zwei Jahren wieder auf 100 $ drücken zu können. An der Entwicklung sind inzwischen Techniker, Ingenieure, Programmierer und Grafiker aus aller Welt beteiligt, darunter auch ein Deutscher: der Magdeburger Softwareingenieur Bert Freudenberg.

Der Aufbau des Displays mit seiner Auflösung von 200 dpi (!) wurde so verändert, daß einfallendes Sonnenlicht hinter den Pixeln reflektiert wird, also wie eine Hintergrundbeleuchtung funktioniert. Deshalb ist der Bildschirm auch unter voller Sonneneinstrahlung, anders als herkömmliche Displays, bestens ablesbar.

Die Spezifikationen haben sich nun auch etwas geändert: der Flash-Speicher hat nur noch 512 MB, während der Prozessor mit 366 MHz und 128 MB Ram aufwartet. Die aufklappbaren WiFi-Antennen leiten auch bei ausgeschaltetem Zustand Daten von Servern oder anderen Laptops im Umkreis von 100 m weiter, so daß rund um einen Wlan-Server ein Mesh-Netz aufgebaut werden kann. Der Energiebedarf dafür beträgt nur wenige Milliwatt. Unter Volllast braucht das Gerät gerade mal 3 W. Das ist ungefähr so viel, wie ein Notebook im Standby-Modus benötigt – oder ein Netzteil, sobald man es in die Steckdose steckt.

Und statt der anfälligen Handkurbel, mit deren Hilfe die Schüler den Akku laden sollten (die Kurbel brach ab, als Negroponte dem ehemaligen Uno-Generalsekretär Kofi Annan das erste Gerät vorführte!), soll die nötige Energie nun mit einer Art Expander erzeugt werden: Jedes Mal, wenn ein Kind an der Kordel des Jojo-artigen Geräts zieht, wird Strom erzeugt und in den Akku geladen. Diese Lösung ist nicht nur robuster, sondern auch ergonomisch günstiger.

Potenco Pull-Generator

Potenco

Der Minigenerator wird unter dem Namen Potenco’s Pull-Cord Generator (PCG) vom gleichnamigen Unternehmen in Alameda, Kalifornien, entwickelt und angeboten.

Potenco bietet sein Produkt auch außerhalb des OLCP-Projekts an: Der ergonomisch gestaltete ‚PCG’ für Erwachsene muß etwa eine Minute betätigt werden, um genug Strom für ein 20-minütiges Handy-Telefonat zu produzieren, für den einstündigen Betrieb einer ultrahellen LED-Lampe oder den dreistündigen eines iPod.

Hierhin paßt auch das Design von Chris Aimone und Tomek Bartczak aus Kanada für einen drahtlosen MP3-Player, der als Jojo gestaltet ist und auch mittels dessen auf und ab mit Strom aufgeladen wird. Für einen einstündigen Betrieb des ‚ReGEN’ sollen schon 10 – 12 Schwünge ausreichen, die noch nicht einmal den Hörgenuß unterbrechen, denn für diesen werden drahtlose Kopfhörer mitgeliefert (falls das Design in Serie gehen sollte).

Aimone und Bartczak gewinnen jedenfalls 2003 den ersten Preis für muskelbetriebene Anwendungen des Pop Sci and Core77 Wettbewerbs des US-Magazins Popular Science.

iYo Jojo-Lader

iYo

Im September 2008 melden die Blogs, daß der schwedische Designer Peter Thuvander speziell für iPods und iPhones ein Ladegerät mit dem Namen ‚iYo’ entwickelt hat, das tatsächlich wie ein Jojo funktioniert.

Beim Jojo-spielen lädt sich eine integrierte kleine Lithium-Ionen-Batterie auf, deren Strom danach per USB Stecker angezapft und genutzt werden kann. Ein ähnliches System wird uns beim nun folgenden OLPC begegnen.

Ein weiteres, gutaussehendes Design ist der ‚Pullight Dynamo’ von Sebastien Sauvage, bei dem man zum aufladen ebenfalls an einer Leine zu ziehen hat. Schon mit relativ wenig Aufziehen läßt sich hinreichend Energie gewinnen um Handys oder iPods zu betreiben. Der Pullight Dynamo ist spritzwasserdicht und kann daher auch bei Outdoor-Aktivitäten verwendet werden, bei denen Energienotfälle ja auch am häufigsten eintreten.

Doch weiter mit dem 100 $ Computer: Im Februar 2007 wird auch ein externer Kurbeldynamo vorgestellt, der von Kindern selbst betrieben werden kann. Er läßt sich an jedem Tisch oder ähnlichem befestigen. Entwickler ist das schon mehrfach erwähnte Unternehmen Freeplay, worauf schon der Name ‚Freeplay Clamp Charger’ hinweist. Ein einminütiges Aufladen soll die Computernutzung für eine Dauer von 10 – 20 Minuten ermöglichen.

Freeplay behauptet, daß das kurbeln des 3-Phasen-Generators mit 130 – 140 U/min. einen Nennertrag von 1.500 mA (15 V Gleichstrom) erbringt. Darüber hinaus kann der Lader in beiden Richtungen angekurbelt werden.

Kurbel-Lader Freeplay Clamp Charger

Freeplay Clamp Charger

Im April 2007 wird der neue Preis auf 176 $ festgesetzt, außerdem besteht nun auch Kompatibilität zu diverser MS-Software. Inzwischen haben sogar 19 Bundesstaaten der USA Interesse angemeldet – und trotzdem häuft sich die übliche Kritik um das visionäre Projekt, wie Kehricht um eine Mülltonne.

Als einziges Land versucht Indien konstruktiv dagegen zu halten – man plant hier, in zwei Jahren einen Laptop für unter 50 $ anbieten zu können.

Die OLPCs können noch bis zum 31. Mai 2007 bestellt werden – ab Oktober soll dann ausgeliefert werden.

Die erste Testmaschine B1 (Beta1) verläßt im November of 2006 die Montagelinie von Quanta in Shanghai. Eine verstärkte B2-Version folgt Anfang 2007, B3 im Mai und die ersten Paletten des B4-Modells werden dem OLPC-Büro am 06.07.2007 ausgeliefert.

Im Oktober meldet Arjun Sarwal von OLPC in einer Mailingliste, daß man in Indien auch daran arbeite, einen von Kühen betriebenen Generator zu entwickeln, der die Kinder-Rechner mit Strom versorgen soll. Die Konstruktion besteht aus einem Getriebe aus Fahrradfelgen und einer gebrauchten Fiat-Lichtmaschine.

Nachdem der Start der Massenproduktion anfänglich von Ende September auf Anfang Oktober verschoben wird, ist jetzt vom 21. November die Rede. Andererseits soll aber schon am 12.11.2007 mit der Auslieferung von 100.000 OLPC-Rechnern an Uruguay begonnen werden. Bis 2009 sollen weitere 300.000 Geräte folgen, damit dort fast alle Schulkinder zwischen sechs und zwölf Jahren mit einem der Notebooks lernen können.

US-intern hat sich inzwischen kommerzielle Konkurrenz entwickelt, denn der Chiphersteller Intel tat sich mit Microsoft zusammen und produzierte den ‚Classmate PC’, der in der Herstellung ungefähr so viel kostet wie derzeit der OLPC-Laptop, also rund 200 $.

Im September 2007 wird eine erste Charge von 150.000 Intel-Geräten nach Libyen ausgeliefert, nachdem im August eine entsprechende Übereinkunft mit dem dortigen Bildungsministerium getroffen worden war. Bereits im Frühjahr waren schon 700.000 Classmate PCs nach Pakistan verkauft worden.

Microsoft kündigt im Herbst 2007 seine Unterstützung des Projekts an, und seitdem arbeiten Microsofts Programmierer an einer OLPC-Version von Windows XP.

Comicfigur Jame mit OLPC

‚Jame‘ mit OLPC

Tatsächlich beginnt der der taiwanesische Hersteller Quanta dann am 6. November 2007 mit der Massenfertigung des OLPC-Laptops (andere Quellen nennen den 12. November).

Einwohner der Vereinigten Staaten und Kanada, die zwischen dem 12. und dem 26. November an dem ‚Give 1 Get 1’ Programm teilnehmen und dabei einen Laptop kaufen und einen zweiten Laptop spenden, sollen ihre Laptops noch im Dezember erhalten. Eine ähnliche Aktion wird im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der US-amerikanischen Tochter T-Mobile USA und der Deutschen Telekom verkündet.

Im Verlauf des Jahres wird der XO Laptop in Probeläufen in Arahuay in Peru, Ban Samkha in Thailand, Cardal in Uruguay, Galadima in Nigeria und in den beiden brasilianischen Städten Porto Alegre und São Paulo an Schulkinder und Lehrer ausgeliefert. Im November 2007 werden in einem weiteren Probelauf Kinder im indischen Khairat mit Laptops ausgestattet.

Ende November wird gemeldet, daß auch die Teshkeel Media Group von Dr. Naif Al-Mutawa mit Avallain, einer Firma für Lernsoftware, und dem OLPC-Projekt kooperiert. Dabei werden die Zeichner der Comicserie ‚99’ (hier ein link zu einem von mir auf Telepolis veröffentlichten Artikel darüber) interaktive graphische Inhalte entwickeln, die auf die Laptops downloadbar sind. Die Kinder können damit eigene Comicstrips und digitale Grafiken entwerfen. Als erstes Signet sieht man den Jungen Jame (der Vereinigende) mit einem OLPC hantieren.

Angeblich reicht der im Akku gespeicherte Strom für elf Stunden Betrieb. Bei einem Test im Dezember war allerdings schon nach fünf Stunden Schluß. Vielleicht weil die ganze Zeit über auch die integrierte Videokamera und der Firefox-ähnliche Browser in Betrieb waren. Als Betriebssystem ist eine Linux-Variante mit der kindgerechten Oberfläche ‚Sugar’ im Einsatz, die man sich auch kostenlos aus dem Netz laden kann. Auf dem Foto von den Solomonen sind Savannah und Joseph zu sehen, die Kinder meines Freundes Richard Majchrzak, der bereits einen Großteil der hier vorliegenden Arbeit lektoriert hat.

Anfang 2008 trennt sich die Chefentwicklerin des OLPC Mary Lou Jepsen von dem Projekt, um ihre Erfahrung mit einer eigenen Firma namens Pixel-Qi zu vermarkten. Sie will ein Konkurrenzgerät zum OLPC für nur 75 $ auf den Markt bringen, das dazu noch mit einer Akkuladung zwischen 20 und 40 Stunden läuft, indem der Preis des Rechners dadurch subventioniert wird, daß die Technik, die in ihm steckt, an andere Hersteller lizenziert wird.

Jepsen stellte außerdem fest, daß sich ein solcher tragbarer Rechner deutlich billiger und stromsparender herstellen ließ, wenn der Bildschirm anders gebaut würde. Sie entwarf daraufhin ein Flüssigkristall-Display, das nur einen kleinen Teil der Energie benötigt, die normale Bildschirme brauchen. Ihre Firma in San Francisco soll nun Displays bauen, welche die 48 Patente ausnutzen, die Jepsen bei ihrer Arbeit am 100-Dollar-Laptop beantragen konnte. Die ersten Geräte sollen bereits nächstes Jahr auf den Markt kommen.

Die Optimierung des OLPC ist inzwischen weiter vorangeschritten. Der Bildschirm ist jetzt an einem Gelenk befestigt. Man kann ihn neigen, um aus dem OLPC etwa ein digitales Buch zu formen – oder einen Musik- und Videoplayer. Musikalische Experimente ermöglicht das Lernprogramm Tamtam.

Den derzeitigen Plänen zufolge sollen bis 2011 bis zu 100 Millionen OLPCs ausgeliefert werden, wobei der Verkaufspreis eines Tages auf 50 $ sinken soll. Negroponte und seine Mitstreiter bemühen sich derweil darum, das Projekt öffentlichkeitswirksam zu vermarkten und sich mit dem vordringlichen Problem der Wartung zu beschäftigen: Denn trotz aller Stabilität der Geräte können Defekte nur von Fachleuten beseitigt werden.

Im Januar 2008 meldet die Presse, daß sich Intel – das erst im Juli 2007 beigetreten war – wieder aus dem OLPC Programm zurückzieht, um seinen eigenen Lowcost-Laptop ‚Classmate PC’ zu vermarkten. Laut Intel hätte es außerdem ‚Unterschiede in der Philosophie’ gegeben. Auch die weitere Zusammenarbeit mit Microsoft scheint fraglich. Negroponte wird sich dabei wohl an einen seiner früheren Aussprüche erinnert haben: „Wenn man sowohl Intel wie Microsoft im Nacken hat, dann weiß man, daß man etwas Richtiges tut.

Laut der New York Times hätte Intel sogar versucht, den stellvertretenden peruanischen Erziehungsminister Oscar Becerra Tresierra davon zu überzeugen, daß der ‚Classmate’ ein besseres Modell sei als das inzwischen ‚XO’ getaufte Gerät von OLPC, das übrigens von dem Designer von Yves Behar gestaltet wurde, und von welchem Peru bereits 270.000 Stück bestellt hat. Ein ähnlicher Vorstoß Intels sei bereits zuvor aus der Mongolei bekannt geworden.

Noch im Dezember hatten sich Software-Spezialisten von Microsoft und OLPC getroffen, um über den Entwicklungsstand eines Windows XP Programms für den von OLPC entwickelten XO-Laptop zu sprechen.

Classmate Billigrechner

Classmate

Die Entwicklung sowohl des ‚Classmate’ wie auch des ‚Eee PC 4G’ von Asus haben dem OLPC-Projekt jedenfalls schon arg zugesetzt. Denn diverse Regierungen südlicher Länder, die bereits zugesagt hatten den Laptop in Hunderttausender-Stückzahlen zu bestellen, zieren sich nun zunehmend, ihre Ankündigungen auch umzusetzen.

Während die Obasanjo-Regierung in Nigeria eigentlich 1 Millionen XO-Computer bestellen wollte, verkündet der neue Erziehungsminister nach dem Regierungswechsel, daß man das Geld weit besser anlegen könnte in einem Land, in dem zahlreiche Schulen noch nicht einmal Wände, Tische oder Stühle hätten… während gleichzeitig eine Bestellung für zunächst einmal 17.000 ‚Classmate’-Laptops in Auftrag gegeben wird, die später noch zusätzlich Geld kosten werden, um die laut Vertrag mit Linux ausgestatteten Notebooks mit Windows laufen zu lassen.

Im Jahr 2008 verpflichtet sich jedenfalls Portugal, allen 6 bis 10-jährigen Kindern einen Intel Classmate-Laptop zu geben.

Im März 2008 erfindet der Designer Mike Lee einen Sucher für die im OLPC eingebaute Digitalkamera und stellt die ersten Teile gleich per ‚rapid prototyping’ her. Die grünen Plastikteile lassen sich einfach in die USB-Buchse des Rechners schieben.

Im April 2008 reduziert auch die libysche Gaddafi-Stiftung, die ursprünglich 1,2 Mio. XOs kaufen wollte, ihren Auftrag auf höchstens 500.000 Stück. Als Begründung wird zunächst der Preis des XO vermutet, denn statt 100 $ nennt OLPC inzwischen Produktionskosten von rund 188 $. Doch im Oktober folgt dann die Meldung, daß Libyen eine Lieferung von 150.000 Stück des Intel-Laptops bestellt habe – zu einem Preis von 200 $ pro Stück (ansonsten wird ein Verkaufspreis von 285 $ genannt).

Feste Bestellungen liegen außer aus Peru auch aus Uruguay (100.000 Stück) und von einem Millionär in Mexiko (50.000 Stück) vor.

Im Mai 2008 berichtet die Presse dann jedoch begeistert von der Präsentation des neuen ‚XO-2’ Mini-Notebooks, das mit herkömmlichen Formen nicht mehr viel gemein hat. Dafür bietet es etliche neue Funktionen die darauf basieren, daß sich anstelle der sonst üblichen Tastatur und Touchpad ein zweiter Bildschirm befindet. Je nach Alter der Kinder, die das Gerät nutzen, können auf den berührungsempfindlichen Displays unterschiedliche Bedienelemente, vereinfachte oder vollständige Tastaturen eingeblendet werden – in diversen Sprachen, ohne daß dabei etwas an der Hardware verändert werden muß!

XO-2 im Buchmodus

XO-2

Außerdem haben die Erfahrungen mit dem ersten OLPC gezeigt, daß ein Schlüssel für den Erfolg des Geräts seine Nutzung als Buch ist. Beim ‚XO-2’ (oder ‚XOXO’)wird daher der Inhalt der Bildschirme beim Lesen um 90° gedreht, wodurch das obere und untere Display zu linker und rechter Buchseite werden. Außerdem ermöglicht das Scharnier die beiden Halbseiten des Geräts in einem 180° Winkel aufzuklappen, so daß eine fast durchgängige berührungsempfindliche Oberfläche entsteht die beispielsweise bei Spielen zur Anwendung kommt. Ferner soll das neue Modell kleiner sein, mit nur 1 W weniger Strom verbrauchen und sogar noch weniger kosten als das aktuelle Modell – als Preisziel für 2010 gelten 75 $.

Die Touchscreens des ‚XO-2’ werden von Pixel Qi entwickelt, der Firma der ehemaligen Leiterin der Technikabteilung von OLPC, Mary Lou Jepsen, die verlauten läßt, daß die Doppeldisplays mit haptischem Feedback ausgestattet sind, das die Berührung einer Tastatur simulieren kann. Bereits im Frühjahr 2009 soll ein Prototyp ,XO-1.5’ vorgestellt werden.

Die veröffentlichten Fotos machen jedenfalls große Lust darauf, selber einmal mit so einem Gerät herumspielen zu können, das immerhin vier verschiedene Modi vorweisen kann: als Laptop, als Tablett, als Buch und als 2-Personen ‚Spielbrett’.

Ebenfalls im Mai 2008 gibt die OLPC-Leitung bekannt, daß die Geräte bald auch mit Microsoft Windows laufen werden, und nicht nur mit der neuartigen Oberfläche ‚Sugar’, die bislang der Standard war und die auf dem freien Betriebssystem Linux basiert. Negroponte bezeichnete den Schritt als notwendig, um die globale Akzeptanz des einst als ‚100-Dollar-Laptop’ bekannten Rechners zu erhöhen. Die überarbeitete OLPC-Maschine soll in einer ‚Dual Boot’-Konfiguration angeboten werden, bei der die Kunden selbst auswählen können, welches Betriebssystem laufen soll – eine Tatsache, die Microsoft noch Anfang des Jahres dementiert hatte.

Im August 2008 erscheint in der Sunday Times ein langer Artikel unter dem Titel „Why Microsoft and Intel tried to kill the XO $100 laptop“, den ich hier verlinke, da er einen tiefen Einblick in die Wirtschaftsinteressen der Branchengiganten gibt.

Im November und Dezember 2008 bietet das Online-Versandhaus Amazon im Rahmen einer Sonderaktion den ‚XO’ in den USA an, wobei auch diesmal wieder ‚Get-One-Give-One’-Geschenkpakete für 399 $ verkauft werden. Dabei bezahlen die Kunden mit dem Kauf ihres XO ein zweites Gerät für ein Kind in einem Drittweltland.

Auch der Papst bekommt einen OLPC- Laptop überreicht. Was seltsam ist, da er doch gar keine Kinder hat…

Ende des Jahres sind bereits 500,000 XO Laptops in 31 Länder verkauft – und beim 25. CCC-Kongreß im Dezember 2008 sehe ich zum ersten Mal selbst einen der giftgrünen Winzlinge – begeistert bedient von (mindestens) jeweils einem erwachsenen Hacker.

Anfang 2009 meldet die Presse den Plan der indischen Regierung, einen Laptop für 500 Rupien (das sind ACHT Euro!) zu entwickeln. Mit einem zwei GB Arbeitsspeicher, einem Ethernet-Netzwerkanschluß, W-Lan-Fähigkeit und erweiterbarem Speicher soll das indische ‚Sakshat’-Notebook (= ‚vor deinen Augen’) nur zwei Watt Strom verbrauchen. In Auftrag gegeben wurde die Entwicklung vom indischen Bildungsministerium, dessen erklärtes Ziel es ist, daß sich jeder indische Haushalt einen solchen Laptop leisten können soll.

Entwickelt wurde der Laptop von Studenten des Vellore Institute of Technology und Wissenschaftlern von IIT-Madras, des Indian Institute of Science und des Semiconductor Laboratory. Dem Erziehungsminister R.P. Agrawal zufolge, der den Prototyp im südindischen Tirupati bei Hyderabad Anfang Februar 2009 erstmals der Öffentlichkeit zeigt, liegt der Preis derzeit noch bei 16 €, werde aber fallen, sobald die Massenfertigung anlaufe. Außerdem soll die Regierung bereits Abkommen mit vier großen Verlagshäusern getroffen haben, deren Lehrbücher demnach digitalisiert und auf das gleichnamige Lehrportal Sakshat geladen werden sollen, von wo sie auf die Billig-Laptops heruntergeladen werden können. Die Entwicklung des Geräts habe drei Jahre gedauert, nun sollen die Prototypen getestet werden, um das Gerät in etwa sechs Monaten auf den Markt bringen zu können.

Es dauert nicht lange bis Gerüchte auftauchen, daß es sich bei dem ‚Sakshat’-Notebook eher um einen digitalen Bilderrahmen mit Flashspeicher handelt, der nur abgespeicherte Informationen abspielen kann. Es bleibt spannend…

Walter Bender, ehemaliger Leiter des OLPC Projekts, der im Jahr zuvor die Firma Sugar Labs gegründet hatte, gibt im Juni 2009 bekannt, daß die für den 100 $ Laptop entwickelte Open-Source-Lernsoftware nun auch auf einem $ 5 USB-Stick bezogen werden kann, der für ausgediente PCs und MACs tauglich ist. Die Idee dabei ist, alte Maschinen, die kaum unter Windows 2000 laufen, zu fast Null-Kosten in etwas Nützliches umzuwandeln. Der USB-Stick, der über 40 Software-Programme verfügt, kann neues Leben in Millionen von altersschwachen Maschinen bringen.

Benders Abschied von OLPC erfolgte nach einer Meinungsverschiedenheit über die Pläne der Organisation, den reinen Open-Source-Ansatz zu verlassen und eine ‚Dual-Boot’-Version anzubieten – mit einer abgespeckten Version des Microsoft Windows-Betriebssystems.

Afghanischer OLPC-Pedalgenerator

Afghanischer Pedalgenerator

Die ‚Give One Get One’-Initiative hat allein an afghanische Schulen schon rund 11.000 XO-1 Laptops ausgeliefert. Im Oktober 2009 stellt die dortige OLPC-Gruppe den Prototyp einer Erweiterung vor, bei welcher die Freeplay Handkurbel mit Fußpedalen verbunden ist, um das gleichzeitige Bedienen zu ermöglichen. Auch eine Backup-Batterie ist dadurch nicht mehr erforderlich.

Mitte Oktober 2009 meldet die Presse, daß der OLPC nun auch in Uruguay Realität geworden ist: 362.000 Schüler sowie 18.000 Lehrer haben ihren gratis Laptop erhalten und können so Unterricht auch in abgelegenen Dörfern durchführen.

So seltsam es klingt, aber es ist leichter einen Xo-Laptop anzuschaffen, als aktuelle Schulbücher für alle Kinder. Dennoch war die Einführung nicht ohne Probleme. Es bestätigte sich, daß durch die Schulungen, Internetkosten und Wartung der Geräte doch mehr Kosten anfallen als die ursprünglich geplanten 100 $ – nämlich 260 $. Dazu kommt der laufende Betrieb, der inklusive Instandhaltung, Internet und dem Betreiben eines Informationsportals pro Jahr 21 $ kosten wird.

Einige Lehrer waren anfangs von den neuen Computern nicht überzeugt, da sie sich mit der neuen Technologie selbst nicht auskannten. Mittlerweile soll die Akzeptanz jedoch durchwegs positiv sein.

Im Rahmen eines ähnlichen Projekts mittlerweile schon jedes Kind der kleinen pazifischen Inselstaaten Niue und Nauro einen OLPC-Laptop.

Ich werde die Entwicklung jedenfalls weiter verfolgen und diese Darstellung im Zuge der Updates auch fortlaufend aktualisieren.

Schauen wir uns nun weitere Technologien und Geräte an, welche die menschliche Muskelkraft zur Energieerzeugung nutzen.

Rucksack und Laufschuh

 

Energieerzeugender Rucksack

Energie-Rucksack (Grafik)

Forscher der University of Pennsylvania in Philadelphia stellen im September 2005 einen Rucksack mit Außengestell vor, an dessen starrem Rahmen der eigentliche Packsack mit Federn befestigt ist, die beim Gehen in Schwingung geraten und dadurch einen Generator antreiben. Dessen bis zu 7,4 W reichen aus um ein Handy, GPS-Empfänger, Lampen am Helm oder den Laptop mit Strom zu versorgen.

Durch das Anheben eines Beines beim Gehen wird auch die Hüfte eines Rucksackträgers um etwa 4 – 7 cm angehoben. Diese Bewegung wird auf das Gestell übertragen, wodurch die vertikal angebrachten Federn die Last zum Schwingen bringen. Die dadurch entstandene Bewegungsenergie wird auf den Generator übertragen und in elektrische Energie umgewandelt. Je schneller man geht, und je schwerer der Rucksack, desto mehr Energie wird erzeugt.

Der gemeinsam mit Biomechanikern des Meeresbiologischen Labors in Woods Hole im Auftrag des Office of Naval Research entwickelte Rucksack soll erst einmal militärisch genutzt werden. Das Gewicht des Rucksacks eines US-Soldaten beträgt 38 kg. Beim Marsch mit 6,5 km pro Stunde werden um 7 – 8 W generiert. Bei gleicher Gehgeschwindigkeit erzeugt ein 20 kg schwerer Rucksack 2 – 3 W, und ein 30 kg schwerer 4 – 5 W. In Philadelphia wird außerdem die Gesellschaft Lightning Packs LLC gegründet, um das Patent anzumelden und das Produkt zu kommerzialisieren.

Eine technisch sehr viel einfachere Lösung, die allerdings auch wesentlich leistungsschwächer ist, wird im September 2007 vorgestellt. Dieser Rucksack besitzt piezoelektrische Trägergurte aus Polyvinylidenfluorid (PVDF), das sich wie Nylon anfühlt. Bei einem Rucksackgewicht von 45 kg und einer Marschgeschwindigkeit von 3,2 bis 4,9 km/h können 45,6 mW erzeugt werden – zumindest in der Simulation.

So gering dies auch klingt, es reicht dennoch aus, um eine LED-Stirnlampe zu betreiben (~ 38 mW), einen iPod Nano (~ 46 mW) oder ein Motorola Razr Handy, das im Standby-Modus ~ 9 mW verbraucht (~ 360 mW im Gesprächsmodus). In einer im Rucksack integrierten Batterie kann die Energie so akkumuliert werden, daß ein 20-minütiger Marsch es erlaubt, 2,5 Minuten lang zu telefonieren.

Die Entwicklung geht auf Ingenieure der Michigan Technological University, der Arizona State University und der Firma NanoSonic Inc. in Blacksburg, Virginia, zurück. Letztere liefern auch das selbst aufgebaute Nanokompositmaterial namens ‚Metal RubberTM’, aus dem die neuartigen Bandelektroden geschneidert werden. Im Labor ist bereits eine 100 nm dünne Elektrode hergestellt worden, die sich unter Beibehalt ihrer Leitfähigkeit um das Zehnfache auseinanderziehen läßt und danach wieder auf ihre ursprüngliche Größe zusammenschrumpft.

Hier begegnet uns auch der zukünftig vermutlich immens wachsende Markt der Strom-produzierenden Textilien. Eines der ersten Patente dazu wurde am 23.02.2001 von dem US-Unternehmen SRI International eingereicht (US 6.768.246) und am 27.07.2004 erteilt: „Biologically Powered Electroactive Polymer Generators“.

Auf einem nicht näher bezeichneten Video, das im Oktober 2009 zu sehen ist, kann man beobachten, daß der militärische Rucksack inzwischen schon sehr weit entwickelt ist und je nach Laufgeschwindigkeit zwischen 8 und 44 W erzeugt.

Laufgenerator am Schuh

MIT Laufgenerator

Das Ziel, auch ohne einen Rucksack beim Gehen Strom erzeugen zu können, motivierte schon um 1998 herum Joe Paradiso vom Media Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) einen Joggingschuh zu entwickeln, bei dem jeder Schritt einen schwachen elektrischen Puls durch die Sohle jagt. Der Forscher arbeitete piezoelektrische Keramiken in das Sohlengummi ein, die bei ihrer Verformung genügend elektrische Energie abgeben, um z.B. einen kleinen GPS-Navigationssender zu betreiben.

Auch wenn er nie bis zum Produkt entwickelt wurde, ist der Schuh inzwischen legendär. Er gilt immerhin als Initialzündung für ein als Energy-Harvesting (Energie-Ernten) bezeichnetes neues Forschungsgebiet, das ich im nachfolgenden Kapitel präsentieren werde.

Weiterentwickelt wird statt dessen eine komplizierte mechanische Schuh-Montur, die wohl eher zum ‚Steam-Punk’ paßt. Hierbei sorgt ein kleiner Dynamo und diverse Rädchen für die Stromerzeugung von 10 – 250 mW beim Gehen.

Doch während das MIT einige zehntausend Dollar ausgeben muß, um diese Energieausbeute zu erreichen, entwickelt im Jahr 2002 Ashok Sharma, Chemie-Lehrer an einer kleinen Schule in Mandi, Himachal Pradesh, den Prototyp eines batterieaufladenden Schuhs, der ebenfalls die kinetische Energie des Laufens in elektrische Energie umwandelt. In der an dicke ‚Klotten’ oder an die Plattformschuhe der Pop-Ära erinnernden Sohle befinden sich ein kleiner Dynamo nebst einem Kondensator, die etwa 2 V liefern können. Die Produktionskosten beziffert Sharma auf rund 4 $.

Der Erfinder kreiert sich damit eine neue Einnahmequelle, indem er beim Herumlaufen die Handys von anderen Personen auflädt – für ein paar Rupien.

Ich denke, daß dieser Vergleich repräsentativ dafür ist, mit welch unterschiedlichen Mitteln (und mit welch unterschiedlichen Motivationen!) in der ersten bzw. dritten Welt Innovationen angegangen werden… und wo unsere entsprechende Unterstützung eigentlich sinnvoll wäre.

Bereits 2006 präsentieren die Wissenschaftler Zhong Lin Wang und Jinhui Song vom Georgia Institute of Technology den Prototyp eines Nanogenerators, der die Energie von Körperbewegungen ernten kann. Dabei wird das Strecken und Zusammenziehen von Nanodrähten aus ungiftigem – und daher sogar implantierbarem – Zinkoxid genutzt. Beim Strecken entsteht in diesen ein abzapf- und speicherbarer piezoelektrischer Impuls.

Ich werde über den Einsatz von piezoelektrischem Material noch ausführlicher in dem Kapitel Micro Energy Harvesting sprechen.

BrightWalk Selbstleuchtschuhe

BrightWalk

Einen ausgereiften Sportschuh, dessen piezoelektrische Ausstattung dazu dient, die am Rand der Sohle angebrachten elektrolumineszierende Polymere zum aufleuchten zu bringen, stellt im Mai 2007 der aus Mexiko stammende Industriedesigner Alberto Villarreal vor – unter dem Namen ‚BrightWalk’. Er arbeitet schon seit Jahren an dieser Entwicklung und hat auch schon am Pop Sci and Core77 Wettbewerb 2003 teilgenommen.

Interessanterweise bietet der Fuß-Spezialist Dr. Richard D. Koenig aus St. Louis ab 2007 einen quasi inversen Schuh für 60 $ an, der nicht aus Vibrationen Strom erzeugt – sondern mit Strom aufgeladen werden muß, um beim Gehen zusätzlich und gesundheitsfördernd zu vibrieren. Den Name des Schuhs ist Programm: ‚Good vibrations’!

Im Oktober 2008 stellt auch der japanische Telekomriese NTT den Prototypen einer Sandale vor, die beim Gehen genug Elektrizität erzeugt um beispielsweise einen iPod am Laufen zu halten. In die Sohle ist ein flüssigkeitsgefülltes Kissen mit einer Miniaturturbine integriert, so daß sich das Wasser bei jedem Schritt bewegt und die Turbine in Drehung versetzt. Der derzeitige Prototyp sieht allerdings noch sehr improvisiert aus. Die Sandale soll 1,2 W erzeugen können, doch das Unternehmen ist bemüht, die Kapazität des E-Schuhs auf 3 W zu erhöhen. Bereits im Jahr 2010 will NTT damit beginnen, den Stromschuh in Serie zu produzieren.

Tatsächlich werden bis 2011 die anvisierten 1,2 W erreicht, was genügend ist, um z.B. einen iPod zu versorgen. Trotzdem ist dies noch stark optimierbar, denn die Energie, die der Mensch bei einem Schritt nach vorne erzeugt, und die letztlich als Wärme verloren geht, beträgt ca. 20 W.

Selbstbau Energie-Schuh

Selbstbau Energie-Schuh

Auf dem US-Selbstbau-Portal instructables.com gibt es inzwischen eine kostenlose und ausführlich bebilderte Anleitung für die Herstellung eigener stromerzeugender Schuhe. Alles, was man dafür benötigt, sind ein Paar Schuhe, die man ohne Probleme an der Sohle aufschneiden kann, sowie einiges an Zubehör. Laut der Anleitung soll die Technik sowohl beim normalen Spazierengehen, als auch beim Joggen funktionieren.

Die argentinische Designerin Lola Mensa stellt im August 2009 und in Zusammenarbeit mit Nike das Designkonzept einer stromerzeugenden Schuheinlage vor. Das Zubehör für Turnschuhe besteht aus einer schmalen Plastikmatte, die zwischen Schnürsenkel und Schuhzunge gesteckt wird. Die integrierten winzigen Generatoren erzeugen bei jeder Biegung der Matte Strom, der in einen Akku geladen wird. Über einen Mini-USB-Buchse können dann angeschlossene Kleingeräte versorgt werden.

Einen Vorläufer dieses Konzeptes bildet die Entwicklung des Designers Josh Pell von der Swinburne University, mit der sich dieser ein Jahr zuvor am Australischen James Dyson Design-Wettbewerb 2008 beteiligt hatte.

Ladekapsel Viber Burst

Viber Burst

Viber Burst’ ist ein innovatives Energie-erntendes System in Form einer kleinen Kapsel, die an der Kleidung getragen oder an den Schuhen befestigt wird und die menschliche Bewegungsenergie in Strom umwandelt. Besonders interessant ist dabei die Idee, die gesamte angespeicherte Energie anschließend mit einem einzigen, weniger als 2 Sekunden dauernden, sogenannten ‚Burst-Dump’ in die Batterie des Mobiltelefons zu transferieren – woher auch der Name dieses Entwurfes stammt.

Einen weiteren Ansatz bildet der biomechanische Generator, den man sich ums Knie bindet und der bei jedem Vorwärtsschwingen des Unterschenkels Elektrizität erzeugt, der Anfang 2008 von Max Donelan von der Simon-Fraser-Universität im kanadischen Burnaby vorgestellt wird. Der Knie-Dynamo für Fußgänger kommt beim normalen Schrittempo auf eine Leistung von 5 W und liefert damit genug Strom für elektrisch getriebene Prothesen, medizinische Implantate oder umgerechnet zehn Handys. Das orthopädischen Kniestützen ähnelnde Gerät ist allerdings fast 1,6 kg schwer, es erzeugt 4,8 W – 7,0 W.

Normales Laufen ohne Knie-Dynamo kostet den Körper eine Leistung von durchschnittlich 307 W, mit dem (ausgeschalteten) Dynamo am Knie sind es 366 W, also rund 20 % mehr, was als inakzeptabel hoch gilt. Eine neue, leichtere Version des Gerätes soll diesen Mehraufwand verringern. Denn der Wirkungsgrad kann sich sehen lassen: Beim Einschalten des Dynamos erhöht sich der Energieverbrauch nur auf 371 W, die auch fast vollständig als Strom erzeugt werden. Ein sehr gutes Verhältnis: Bei den o.g. Handkurbelgeneratoren ist die Energiegewinnung im Vergleich dazu viel teurer, da man hier meist mehr als 6 W für jedes generierte Watt aufbringen muß.

Knie-Generator

Knie-Generator

Auch an der ETH Zürich wird ein elektromechanischer Generator fürs Knie entwickelt. Dort beschäftigen sich Gerhard Tröster und seine Kollegen vom Wearable-Computing-Labor mit einem System, bei dem mit Hilfe eines elektrischen Leiters, der durch ein Magnetfeld schwingt, Strom erzeugt wird. Das Resultat sei aber noch zu unbequem, meinen die Forscher, die einen Bedarf nach dieser Stromerzeugungsmethode insbesondere bei Sensoren im Körper sehen, die dereinst z.B. den Verschleiß von künstlichen Hüftgelenken überwachen sollen.

An der ETH wird auch im Detail gemessen, welche Körperbewegungen am meisten Strom liefern und mit welcher Frequenz Energiepulse erzeugt werden können. Am größten ist die Ausbeute am Fuß, am geringsten am dem durch die Wirbelsäule gut gefederten Kopf.

Mit der körpereigenen Energie wollen die ETH-Forscher zukünftig allerdings primär ihre ‚wearable electronic’ (Elektronik zum Anziehen) versorgen. Dabei ist das Ziel, daß die Geräte nicht stören dürfen und unmerklich mit der Kleidung verschmelzen. Anfang 2008 arbeitet man deshalb an Piezofasern, die sich in Kleidung einweben lassen sollen, womit alleine durch die Dehnung des Stoffes Strom generiert werden könnte.

Sehr interessant ist an dieser Stelle auch die Erfindung ‚Warming Waves’, die 2007 mit dem Preis der Quelle InnovationsInitiative ausgezeichnet wird. Sie stammt von den beiden Hamburgern Christian Wiedemann und Michael Dehn, die zur Vermarktung ihrer Innovationen bereits 2005 die IQTEX GmbH gründet hatten.
Die international patentierten ‚IQ WAVESSchuheinlagen erzeugen durch die Umwandlung menschlicher Bewegungskraft Wärme und kommen völlig ohne Batterien oder chemische Zusätze aus. Dabei ist die Beheizung der Schuhe regelbar, so daß ein unkontrolliertes Überhitzen von Schuhen und Füßen unmöglich ist. Ein weiterer Vorteil sind die guten Dämpfungseigenschaften, die ebenfalls auf die neu entwickelten Materialien zurückzuführen sind.

Das neuartige Schuhklimatisierungssystem funktioniert nach dem Prinzip, daß Reibung Wärme erzeugt. Hier geschieht dies über zwei ineinandergreifende Lammellenreihen aus Kunststoff, die in der Sohle eingebaut sind. Beim Gehen reiben sich die Lamellen aneinander und erzeugen so ausreichend Wärme, um auch bei Minusgraden warme Füße zu behalten. Die Schuhheizung wird von mehren unabhängigen Prüfinstituten getestet. Diese stellen fest, daß die Temperatur beim Laufen um zehn Grad erhöht wird.

Bisher gibt es die wärmenden Einlegsohlen nur als Versuchsreihe. Die prämierte und patentierte Erfindung soll aber noch in diesem Jahr in Serie gefertigt und von Quelle verkauft werden (was nach dem Konkurs des Versenders allerdings ziemlich fraglich erscheint).

Ein Forschungsteam der University of Wisconsin Madison um Tom Krupenkin und Ashley Taylor arbeitet wiederum an einem Schuh, der mit einem speziellen Substrat befüllt ist. Dieses besteht aus einer viskosen Flüssigkeit, die aus winzigen Metall-Mikrotröpfchen gemacht ist. Jedes Mal, wenn auf die Schuhsohle Druck ausgeübt wird, bewegen sich diese Tröpfchen durch das Substrat und erzeugen Strom – durch ein bisher unbekanntes Naturphänomen namens umgekehrte Elektrobenetzung (Reverse Electro-Wetting).

Die Basis der neuen Technologie bilden zahlreiche Tröpfchen einer leitfähigen Flüssigkeit. Sie liegen zwischen zwei Schichten eines speziell strukturierten Dünnfilms. Bestimmte Bereiche dieses Films sind leitend und dienen als Kontaktfläche. Bei mechanischem Druck oder Vibration bewegen sich die Tröpfchen, und ihre Überlappung mit der Kontaktfläche verändert sich. Wird sie kleiner, fließt ein Teil der normalerweise zwischen Dünnschicht und Tropfen gehaltenen elektrischen Spannung über einen elektrischen Leiter ab. Dieser Strom kann nun zum Betreiben von elektrischen Geräten genutzt werden.

Das Verfahren kann eine Leistung von bis zu 1.000 W/m2 erbringen, es reagiert sowohl auf Vibration als auch auf Druck. Berechnungen zufolge könnten Schuhsohlen einen Ertrag von bis zu 10 W pro Fuß liefern. Marktreif ist die neue Technologie noch nicht, trotzdem wird zur Vermarktung schon jetzt die Firma Instep Nanopower gegründet.

Auch Dr. Ville Kaajakari, Assistenzprofessor für Elektrotechnik an der Louisiana Tech University, entwickelt eine Technologie, die Strom aus einem kleinen Piezogenerator erzeugt, der in der Sohle eines Schuhs eingebettet ist.

Treten und Tanzen

Die schon seit Jahren herumgeisternde und auch sehr sinnvolle Idee, die in Fitness-Studios ,erzeugte’ Energie der dort trainierenden Menschen in Strom umzuwandeln, wird endlich Anfang 2007 in einem Studio, dem ‚California Fitness health club’ in Hongkong, umgesetzt.

Beim Training kann ein Mensch durchschnittlich 50 W pro Stunde produzieren. Bei einer Stunde täglich summiert sich das übers Jahr auf immerhin 18,2 kWh.

Initiiert wird das Projekt von Doug Woodring, einem Extremsport-Fanatiker und Energie-Pionier, der bereits im Mai 2006 seiner Geschäftsführung einen entsprechenden Vorschlag gemacht hatte. Nun werden 13 Maschinen umgebaut – was immerhin 15.000 $ kostet –, die zusammen 300 W produzieren und damit ausreichen, um die Beleuchtung, die Musik und die Elektronik der Trainingsgeräte zu betreiben.

Stromproduzierende Läufer im Fitness health club in Hongkong

California Fitness health club
(Hongkong)

Nicht aus den Augen verlieren sollte man aber, daß es sich bei diesem Projekt um eine Pioniertat handelt, weitab von jeder wirtschaftlichen Sichtweise. Denn selbst wenn alle Maschinen 10 Stunden am Tag in Betrieb wären, würden sie pro Jahr Elektrizität im Wert von ungefähr 183 $ erwirtschaften – was bedeutet, daß es 82 Jahre lang dauert, bis sich die ursprünglichen Investitionen von 15.000 $ amortisiert haben.

An dem Projekt arbeitet auch die ebenfalls in Hongkong ansässige Motorwave Ltd. von Woodring und Gambarota mit, die uns bei den neuen Designs im Bereich der Windenergie wieder begegnen wird.

Im August 2008 eröffnet dann in Portland das Studio ‚The Green Microgym’, dessen Besitzer Adam Boesel mehrere Trainingsräder aufstellt, die zu einem Generator zusammengeschaltet sind, der sein Fitneßstudio mit bis zu 75 W zusätzlichen Strom versorgt. Das Patent für diese Technik wird von einem Henry Works beantragt.

Umbauten an weiteren Trainingsmaschinen sind bereits ins Auge gefaßt, langfristig soll sogar der gesamte Elektrizitätsbedarf von den sich abstrampelnden Menschen geliefert werden. Ende 2008 hat Boesels neuer Club schon über 100 Mitglieder. Inzwischen werden hier pro Stunde schon 200 W erzeugt, und Anfang 2009 sind es sogar schon 350 W.

Boesel arbeitet auch mit dem Startup ReRev.com in St. Petersburg, Florida, zusammen. Dabei geht es um die Nachrüstung von Fitneßgeräten, damit diese den produzierten Strom, anstatt wie bisher in Akkumulatoren zu speichern, direkt ins Netz einspeisen können.

Ähnliche Initiativen werden um diese Zeit auch vom Ridgefield Fitneß Club in Hartford, Connecticut, gemeldet, und auch die Surry Hills Boxing Club-Mitglieder in Australien erzeugen bereits 50 – 100 W beim Körpertraining.

Unter dem Motto ,Humans Should Repower The Earth’ beteiligen sich die in Lissabon ansässigen Produktdesigner André Castro, Elizabeth Remelgado und José Vicente mit einem energetischen Gesamtkonzept an dem ‚feel the planet earth’ Designwettbewerb 2008. Ihre Planungen unter dem Titel ‚ENERGYM’ umfassen ein komplettes Fitneß-Center mittlerer Größe, dessen zusammengeschaltete, energieerzeugende Gerätschaften einen Jahresertrag von 120.000 kWh erwirtschaften sollen.

ENERGYM Konzept

ENERGYM

Nicht nur die Sportgeräte erzeugen Strom, der in Speichern im Keller ‚zwischengelagert’ wird, sondern es gibt auch eine Solaranlage auf dem Dach, in den Scharnieren der Spinde und Türen sind kleine Generatoren eingebaut, und sogar die Energie der Wellen, welche die Schwimmer in den Pools verursachen, werden in Elektrizität umgewandelt.

Anfang 2009 stehen in Pekings Vorort Dong Gao Di, Bezirk Fengtei, sechs nebeneinander aufgereihte Heimtrainer in kreischbunten Farben auf der Straße, die von Passanten genutzt werden können um ihre Gesundheit zu erhalten – und um gleichzeitig rund 180 W pro Stunde zu erzeugen, die in Batterien gespeichert werden.

Sobald diese aufgeladen sind werden sie an Familien mit niedrigem Einkommen verteilt, um dort Fernseher und andere elektrische Geräte zu betreiben. Eine voll geladene Batterie kann das Fernsehgerät 10 – 11 Stunden lang versorgen.

Im Januar 2009 erscheint in den Blogs erstmals ein Bericht über das Konzept schwimmender Fitneß-Clubs, mit dem der Architekt Mitchell Joachim und der Trainer Douglas Joachim bereits 2005 den dritten Platz bei einem Designwettbewerb des New York Magazine gewonnen haben.

River Fitness Studio Grafik

River Fitness Studio (Grafik)

Bei den ,River Fitness Studios’ wird die gewonnene Energie der trainierenden Personen in die Bewegung der ganzen schwimmenden Sport-Insel umgesetzt, so daß man im Rahmen 15-minütiger Fahrten an unterschiedlichen Haltepunkten entlang des Hudson und East River zu- und wieder absteigen kann. Eine clevere Verbindung von Fitness-Studio und Transportmittel! Überschußstrom soll dazu verwendet werden, um unter den Inseln angebrachte Wasserreinigungssysteme zu betreiben.

Auch die University of Oregon möchte in Zukunft Schweiß in Energie verwandeln. Studenten statten im Februar 2009 das von ihren Studiengebühren finanzierte Dixon Recreation Center mit zunächst 22 Crosstrainern mit ReRev-Technologie aus, um das Vorhaben zu testen.

Erwartet wird ein Jahresertrag von 3.500 kWh. Der pro Trainer erzielte Output, der mit 30 Minuten Strampeln generiert wird, reicht dazu aus um eine Stunde lang mit einem normalen Laptop zu arbeiten.

Ein ähnliches Projekt startet im August 2009 an der San Bernardino University in Kalifornien, wo für einen Preis von 14.000 $ insgesamt 20 stromgenerierende Precor Fitneß-Maschinen installiert werden, die mit der ReRev-Technologie ausgestattet sind. Jede Maschine erzeugt rund 100 W pro Stunde.

EFX Range Generator-Trainer

EFX Range

Das Fachunternehmen Precor bietet inzwischen auch einen quasi autonomen Trainer mit der Bezeichnung ,EFX Range’ an, bei dem die erzeugte Energie für das Display sowie die verschiedenen Sensoren und Anzeigen verbraucht wird.

Im Oktober 2009 erscheinen die ersten Fotos einer kleinen schwimmenden Insel, auf der mehrere Trainingsgeräte installiert sind. Die Insel wurde von Jakub Szczesny (Designkollektiv Centrala) als Teil des Sychronicity Architektur- und Kunst-Festivals in Warschau, Polen, entwickelt. Bei Nutzung der Trainingsgeräte dient deren Energie zum Betrieb einer Pumpe, welche Wasser aus der verschmutzten Weichsel durch eine Filtrationsanlage pumpt um es trinkbar zu machen. Die Anlage befindet sich erhöht in der Mitte der Insel.

Das System gilt als Prototyp-Maschine, welche die menschliche Muskelkraft zur Wasserreinigung verwendet. Sie könnte eine Wohltat für Gebiete mit verschmutztem Wasser sein, das mit möglichst geringen Auswirkungen auf das Ökosystem gereinigt werden soll.

Doch auch schon das einfache Herumlaufen wird zunehmend zur Stromerzeugung genutzt. Es ist nicht ganz klar, wer sich als erstes damit beschäftigt, doch die damals 12-jährige Schülerin Mai Miyachi aus Tokio beteiligte sich bereits 2002 an dem dritten und letzten Yomiuri Science Vision Wettbewerb mit ihrer Idee, das Gewicht von Fußgängern zur Elektrizitätsgewinnung zu nutzen.

Tretstromgewinnung in Tokio

Tretstromgewinnung in Tokio

Im Oktober 2006 ist sie dann selbst überrascht als sie erfährt, daß ihre Innovation ,Electricity-Generating Road’ vom Forschungsinstitut der Bahngesellschaft East Japan Railway Company in Zusammenarbeit mit der Keio University im Bahnhof von Tokio umgesetzt werden soll. In einigen der Kontrollschleusen der U-Bahneingänge werden hierzu spezielle Trittbretter ausgelegt, in denen 3 cm durchmessende, runde piezoelektrische Schalter eingearbeitet sind, die jedes Mal einen Stromimpuls abgeben wenn jemand darauf tritt.

Die Innovation wird während der japanischen Leitmesse für erneuerbare Energien Mitte Oktober 2007 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt. Nach einjährigen Tests beginnt im Dezember 2008 der erste Vor-Ort-Einsatz, der bis zum Februar 2009 andauert. Der Testberichten zufolge bewährte sich statt einer Gummioberfläche eine Abdeckung aus Marmorplatten. Die im Einsatz befindliche Fläche an den Ticket-Schleusen und auf sieben Treppenstufen von insgesamt rund 25 qm soll täglich ca. 1.400 kWh liefern.

Ein weiterer Test (?) läuft im Großbahnhof Shibuya in Tokio mit Platten des japanischen Unternehmens Sound Power, die ebenfalls Strom produzieren – und die man in Japan auch schon mieten kann. Eine 20 x 30 cm FB-0001 Platte mit einer Leistung von 0,3 – 0,5 W einen Monat lang (z.B. für Werbeaktionen usw.) zu nutzen kostet 500.000 Yen (~ 740 €).

Aus Indien beteiligt sich Bikram Mittra bereits 2003 am oben bereits erwähnten Pop Sci and Core77 Wettbewerb – mit dem Designkonzept ‚Ecotile’, einer piezoelektrischen Bodenfliese, die das Konzept dieser Energieumwandlungsmethode recht gut nachvollziehbar darstellt (siehe Abbildung).

Ecotile Funktionsgrafik

Ecotile (Grafik)

Im Mai 2006 sendet der BBC London ein Interview mit der Architektin Claire Price, Leiterin der Facility architecture practice in Bermondsey, Süd-London, in dem diese u.a. die Möglichkeiten beschreibt, den Fußgängerverkehr zur Stromerzeugung zu nutzen. So kalkuliert sie den Ertrag der 34.000 Reisenden, welche die Victoria Underground Station in London täglich frequentieren, auf eine Energiemenge die ausreichen würde um 6.500 Glühbirnen zu betreiben. Für 2007 kündigt sie eine erste Testinstallation in einem Gebäude an, deren Strom zu Beleuchtungszwecken genutzt werden soll.

Ende 2006 gibt der Erfinder Marc Almond aus dem britischen Altrincham bekannt, daß er an seinem Unternehmen Blitz Jive Ltd. ein Bodenelement entwickelt hat, das die Energie des Laufens, Hüpfens oder Tanzens in Strom umwandelt. Bei einer Teilnahme an dem Powergen EnergyLab Wettbewerb springt Almond vor der Jury auf seiner Bodenmatte so stark herum, daß er damit 16 Glühbirnen und einen Ventilator betreiben kann.

Doch erst 2007 kommt die Idee breiter in die Presse. Unter dem etwas befremdlichen Schlagwort ‚Crowd Farm’ – das ein wenig an die düstere Welt von ‚Matrix’ erinnert, in welchem menschliche Körper, die in Gefäßen voller Nährflüssigkeit schwimmen, den herrschenden Maschinen als lebende Batterien dienen (!).

Die beiden Studenten James Graham und Thaddeusz Jusczyk von der MIT School of Architecture and Planning in Cambridge, Massachusetts, sorgen bereits auf der Biennale in Turin für Aufsehen, als sie einen Stuhl ausstellen, der die beim Sitzen erzeugte Energie in elektrischen Strom umwandelt und damit vier LEDs aufleuchten läßt. Anschließend arbeiten sie unter der Leitung von Prof. J. Meejin Yoon an einem Modell, das die bisher ungenutzte Bewegungsenergie an Orten, an denen sich regelmäßig viele Menschen bewegen, nutzen soll.

Bei ihrem Konzept soll eine Art Dynamo minimale Verschiebungen von unter dem Fußboden verlegten Blöcken in elektrischen Strom umwandeln. Das Laufgefühl dabei entspricht etwa dem auf festem Sand. Ein einzelner Schritt setzt zwar nur die Energie frei, um zwei 60 W Birnen eine Sekunde lang aufflackern zu lassen, aber in einer vollen Bahnhofhalle kann sich das schnell addieren. Den Berechnungen zufolge würde die erzeugte Energie trotzdem nur zur Beleuchtung von ein paar Schildern ausreichen. Wird die Energie für den Bau und die Wartung der Unterboden-Dynamos mit eingerechnet, ist es fraglich, ob das Konzept je in die Nähe wirtschaftlicher Verwertbarkeit gelangen wird.

Inspiriert hat die beiden Studenten der 1931 verstorbene Erfinder Thomas Edison: Besucher, die zu ihm wollten, mußten ein Drehkreuz passieren, dessen Drehbewegung Wasser in einen Vorratsbehälter pumpte. Immerhin gewinnen die beiden Studenten 2007 den ersten Preis beim japanischen Sustainable Construction Wettbewerb der Holcim Forum. In einem netten Kommentar dazu wird vorgerechnet, daß es ausreichen würde – wäre man in der Lage diese Energie zu sammeln – wenn 84.162.203 Personen jeweils nur einen Schritt täten, um genügend Kraft für den Start eines Space-Shuttle zu produzieren!

Eine eher künstlerische Version präsentiert Mitte 2007 Elizabeth Redmond, die sich seit Ihrer BFA Abschlußarbeit an der University of Michigan zweieinhalb Jahre zuvor damit beschäftigt, Energie aus Körperbewegungen zu gewinnen. Nun zeigt sie im Millennium Park in Chicago, Illinois, den dritten Prototypen ihrer piezoelektrischen Objekte, die sie mit Hilfe einer 10.000 $ Förderung der Mohawk Group und Unterstützung durch die Detroiter Firma SensiTile geschaffen hat.

Ihre Entwicklung ‚POWERleap’ ist ebenfalls für urbane Areale mit viel Fußgängerverkehr gedacht, wobei die von den Trittmatten erzeugte Elektrizität von den ebenfalls eingearbeiteten LEDs umgehend wieder verbraucht wird: Der schreitende Mensch hinterläßt quasi für ein paar Sekunden ein funkelndes Lichtermeer…

Stromproduzierende POWERleap Tretfliesen

POWERleap

Statt mit Folien wollen britische Ingenieure die Energie von Fußgängern mittels zusammenpreßbaren Matten abnehmen, in denen eine Flüssigkeit durch Miniturbinen gepreßt wird, welche die Stromerzeugung übernehmen. Die Elektrizität wird anschließend in Supercaps (s.d.) gespeichert.

Die Technologie ließe sich aber auch im Straßen- und Schienenverkehr nutzen, um die Energie der darüber hinweg fahrenden Autos oder Züge umzuwandeln. 2006 unternehmen Ingenieure des Beratungsunternehmens Scott Wilson auf einer Brücke in den Midlands einen erfolgreichen Testlauf, bei dem die überquerenden Züge einen Flutdetektor mit Strom versorgen.

Nun soll die Technik Anfang 2007 im Rahmen des Pacesetters Project in den Treppen des 170 m hohen Spinnaker Towers in Portsmouth installiert werden, einer touristischen Aussichtsplattform. Beteiligt sind die Firma Philips und ein Team der Hull University, wo bereits an einem Laufschuh mit integriertem Generator gebaut wird. Außerdem soll versucht werden, die Schwankungen des Gebäudes selbst zu nutzen – was sich besonders bei stark schwankenden Fernsehmasten und ähnlichen Objekten umsetzen ließe. Dieser Projektteil wird von einem Team der Southampton University übernommen.

Eher in einem Nebensatz der Präsentation wird erwähnt, daß die grundlegende Technologie auf Mini-Generatoren basiert, die in Militärstiefeln eingebaut bereits vom US-Militär getestet worden seien. Die Konversion zum Unterboden-Einsatz sei durch die Londoner Firma The Facility erfolgt. Deren Ingenieure gehen davon aus, daß sich sogar die Flutlichter von Sportstadien durch die dort ein- und ausströmenden Massen betreiben lassen könnten. Weitere Einsatzgebiete, die man bei dem Unternehmen im Auge hat, sind die Erzeugung der Straßenbeleuchtung durch die Schritte von Fußgängern, die Beleuchtung von Eisenbahntunneln durch die Vibration, die hindurch fahrende Züge verursachen, sowie die Stromerzeugung für Ampeln durch den Fahrzeugverkehr. Auch dazu steht im Kapitel Mikro Energy Harvesting noch mehr.

An der West-Kruiskade im Rotterdamer Chinesenviertel eröffnet Anfang September 2008 die erste ‚Öko-Disco’ der Welt, in der jede Tanzbewegung Strom erzeugt, wobei Leuchtdioden im Boden sowie Lampen an der Bühne das erreichte Energie-Level der Tänzer anzeigen. Der Werbeslogan des ‚Club Watt’ von Party-Guru Ted Langenbach lautet deshalb auch „We want your energy“. Gemeinsam mit dem Architekten Herman Kossmann will Langenbach damit beweisen, daß Umweltschutz und Spaß zusammenpassen, und gleichzeitig einen neuen Trend setzen, auch wenn die Eigenstromerzeugung mit bis zu 10 W pro Tanzendem noch relativ gering ist, gemessen am Gesamtbedarf des Clubs, der 2000 Gäste aufnehmen kann.

Club Watt Dancefloor

Club Watt

Das Kernstück der mit Millionengeldern niederländischer Privatinvestoren, der Umweltgruppe Enviu und dem Rotterdamer Architektenbüro Döll völlig neu gestalteten Öko-Disco (ehemals: Nighttown) ist eine flexible elektromechanische Tanzfläche, bei welcher der Boden unter den Füßen um einige Millimeter nachgibt. Die Schwingungen der Bewegungsenergie werden nach dem Dynamo-Prinzip in Elektrizität umgewandelt und gespeichert. Die Tanzenden können damit etwa ein Drittel des Stroms liefern, den die DJ-Bühne verbraucht. Als Kostenpunkt der 6 x 6 m großen Tanzfläche werden 260.000 $ genannt. Miterfinder Michel Smit hofft nun für seine Firma SDC (Sustainable Dance Club) auf Aufträge aus aller Welt, Anfragen gibt es jedenfalls schon zuhauf.

Der Tanzboden kann übrigens auch gemietet werden. Es ist sogar möglich, eigene Logos auf dem Boden zu integrieren. Die Tanzfläche kann in verschiedenen Größen aufgebaut werden, je nach Anzahl der Kacheln, die jeweils 65 x 65 cm groß sind. Die Rotterdamer Firma Sustainable Dance Club empfiehlt eine Fläche von mindestens 9, maximal 68 Kacheln. Die Miete einer Kachel beträgt 60 € exklusive Transport und Personal.

Im ‚Club Watt’ werden die Toiletten übrigens mit Regenwasser gespült. Die eingesparte Wassermenge von 1.000 m3 entspricht dem Jahresbedarf von rund 13.000 Menschen. Später soll die Spülung mit dem Schweiß der Partymeute funktionieren, wobei das Kondenswasser von der Decke gesammelt und in die Klokästen geleitet wird.

Etwas früher fertig als sein Rotterdamer Vorbild ist allerdings ein Projekt des Londoner ‚Club4Climate’ von Andrew „Dr. Earth“ Charalambous in Bar Surya, King’s Cross, das schon im Juli 2008 aufmacht, und bei dem die Tanzenden sogar 60 % des Club-eigenen Stromverbrauchs decken sollen. Auch hier ist ein piezoelektrischer Tanzboden aus Quarzkristallen und Keramik installiert. Die offizielle Eröffnung des ,Surya’ Clubs findet allerdings erst am 17.09.2008 statt, so daß die Priorität Rotterdams unangetastet bleibt. Dafür ist in London für 2010 die Installation einer Club4Climate-Insel geplant.

Doch man muß gar nicht unbedingt so weit reisen (wenn man, wie ich, in Berlin sitzt), um durch Tanzen Strom zu erzeugen.

Dance Charge Ladegerät

Dance Charge

Der Mobilfunk-Dienstleister Orange unterstützt sein Geschäft mit teueren Gesprächsminuten, in dem er seinen Kunden Mitte 2008 den ‚Dance Charge’ zur Verfügung stellt – ein Generator, der z.B. am Oberarm befestigt wird und das Wackeln und Schwingen in Strom umsetzt. Erstmals vorgestellt wird das Gerät auf dem Glastonbury-Festival.

Die Technik beruht auf der linearen Induktion – ein Experiment, das wir sicherlich alle und sogar eigenhändig  in der Schule durchgeführt haben: Bewegen wir einen Stabmagneten innerhalb einer Feldspule hin und her, dann induzieren wir einen Strom. Das nach Faraday benannte Prinzip ist fast so alt wie die (Neu)entdeckung der Elektrizität, wurde aber über Jahrzehnte hinweg kaum genutzt, da die Magnete noch relativ schwach waren und die mittels Rotation erzeugbare Strommenge wesentlich größer und auch leichter erzielbar war.

Seit einigen Jahren gibt es in Baumärkten und im Elektronikfachhandel batterielose Taschenlampen, die mit eben diesem Schüttel-Prinzip funktionieren. Der erzeugte Strom wird in einem Kondensator gespeichert, als Leuchtmittel dienen die nur geringe Strommengen verbrauchenden LEDs. Einer dieser sogenannten ‚Shake & Shine’-Taschenlampen (bei sehr guten Modellen erbringen 30 Sek. schütteln 45 Min. LED-Licht) wurde unter dem Namen ‚NightStar’ von Steve Vetorino erfunden. Dieser arbeitet inzwischen an weiteren Umsetzungen deren Ziel es ist, mit einem Gerät, das in eine Handfläche paßt und nur einige Dutzend Gramm wiegt, konventionelle Mignon-Zelle in nur 10 Min. aufzufrischen. Vetorino konkurriert damit auch mit der Firma M2E (s.u.).

Eine weitere interessante Methode der Energieerzeugung aus Bewegung wird 2005 vom australischen Centre for Energy and Greenhouse Technologies vorgestellt – ein Wandler von der Größe einer 9 V Batterie der in der Lage ist, jede Form von Vibration in Strom umzusetzen. Die auf bestimmte Vibrationsfrequenzen einstellbare ,Kinetic Energy Cell’ wurde von der Firma CRC for microTechnology in Melbourne entwickelt und besteht aus nur 7 Komponenten, deren Kernelement eine neuartige Spule ist.

Dickson Handgenerator

Dickson Handgenerator

Im August 2007 berichtet Oregons größte Tageszeitung, The Oregonian, über die Erfindung eines gewissen Rick Dickson aus Milwaukie, dessen ,Human Kinetic Energy Electrical Generator’ sehr einfach aufgebaut ist: Zwischen zwei Plexiglasscheiben befindet sich eine torusförmige Schleife, in deren Mitte ein zentraler, fester Rundmagnet installiert ist. Entweder außen oder innen herum können andere, frei bewegliche Rundmagnete rotieren oder schwingen, wodurch Strom erzeugt wird.

Obwohl der Erfinder schon seit einigen Jahren unterwegs ist, hat er bislang noch keine öffentliche Unterstützung erhalten, obwohl sich sein Generator sehr einfach und kostengünstig herstellen ließe.

Dicksons Idee erinnert etwas an die selbstaufladenden Armbanduhren, die Seiko in den 1980er Jahren entwickelt und vermarktet hat. Auch diese erleben seit einiger Zeit eine leichte Renaissance – spätestens, seit Fossil 2006 einige entsprechenden Modelle auf den Markt gebracht hat. Beim Typ FS4171 kann man unterhalb des Ziffernblattes sogar die rot eingefärbte Schwungmasse beobachten, die bei jedem Armschlenker einige Wattbruchteile erzeugt.

Wesentlich teurer (2.200 $) und mit einer digitalen Ziffernanzeige ausgestattet ist das ebenfalls selbstaufladende Modell ,Sparc’ der Schweizer Firma Ventura, das seit 2000 angeboten wird. Es wurde ursprünglich in Zusammenarbeit mit BMW entwickelt und hat 2007 auch den Red Dot Designpreis gewonnen. Das Unternehmen geht Anfang 2008 allerdings in Konkurs, die Namensrechte übernimmt der amerikanische SWI Konzern.

M2E-Technik Grafik

M2E-Technik (Grafik)

Ein weiterer Schüttel-Mikrogenerator wird von dem Biomechanik-Start-up M2E Power in Boise, Idaho, entwickelt, das ab Ende 2007 stark in der Presse vertreten ist, nachdem es in kurzer Zeit 8 Mio. $ an Risikokapital eingesammelt hat (von OVP Venture Partners, @Ventures und Highway 12 Ventures), um das Batterie-große Gerät insbesondere für den Militärmarkt weiterzuentwickeln. Es soll einen Teil der vielen Batterien ersetzen, welche die Truppen für ihre Funkgeräte, Nachtsichtgeräte, Minendetektoren usw. stets mit sich schleppen müssen.

Um das Stromversorgungsproblem zu lösen, hatte das Pentagon kürzlich sogar einen eigenen Wettbewerb ausgeschrieben, den mit 1 Mio. $ dotierten ‚Wearable-Power Prize’.

Das im Gegensatz zu anderen Modellen fünf bis sieben Mal effizientere M2E-Gerät, dessen Technologie vom Idaho National Lab lizenziert wurde, wird im Rucksack getragen oder an den Gürtel geschnallt, wo die Laufbewegung des Trägers die Magnete bewegen, die sich im Innern des Geräts befinden, wo sie in Verbindung mit einer Drahtspule durch ihre Bewegung die Energie zum Betrieb mobiler Geräte erzeugen.

Die Militärversion von M2E (Motion to Energy) soll Anfang 2009 fertig sein, eine Version für zivile Anwendung dann Ende des Jahres. Der Preis wird zwischen 25 $ und 40 $ liegen. Außerdem will das Unternehmen sehr kleine Mikrogeneratoren bauen, die Handy-Batterien ersetzen können.

Im Juni 2009 gibt M2E allerdings bekannt, daß man nicht mehr an der Entwicklung externer Ladegeräte weiterarbeiten, sondern den Fokus auf den Fahrzeug-Markt richten werde. Außerdem wird scharfe Kritik laut: Krassen Dimitrov vom Australian Institut for Bioengineering and Nanotechnology der Universität Queensland, der schon das Ende des Algenkraftstoff-Technologieunternehmens GreenFuel vorhergesagt hatte (s.d.) schrieb einen ausführlichen Bericht über M2E Power. In dem Bericht sagt er, daß die Geschäftsidee des Unternehmens aufgrund einfacher thermodynamischer Einschränkungen nicht praktikabel sei.

Kurz darauf werden die Vermögenswerte der M2E Power von einer Firma aus Idaho namens Motionetics Inc. gekauft, die an militärischen und zivilen Umsetzungen der M2E-Technologie weiterarbeiten will.

Minute Glass Lader Grafik

Minute Glass (Grafik)

Unabhängig davon sind aber auch noch viele andere Institute und Unternehmen am Erfinden und Entwickeln.

Ende 2008 erscheint in der Presse beispielsweise das Konzept ,Minute Glass’ (der Name spielt auf die Stundenglas-Form an) von Colin Roberts, mit dem dieser an der Greener Gadgets Design Competition 2008 teilnimmt. Es handelt sich um einen Wecker, der ganz ohne Stromzufuhr aus Steckdose oder Batterie auskommt. Statt dessen erhält das Minutenglas seine Energie durch kräftiges Schütteln. Und der Weckton hört erst dann auf, wenn man das glasummantelte Ding so lange geschüttelt hat, bis Strom für einen ganzen weiteren Tag vorhanden ist! Zusätzlich sieht das Design eine LED vor, damit man den Wecker im Dunklen auch als Taschenlampe nutzen kann.

Evan Grant beteiligt sich mit seinem genialen Fahrrad-Konzept ‚ReCycle’ am Greener Gadgets Design Wettbewerb 2008.

Seine Innovation ist ein kleines Zusatzgerät, das unterhalb des Sattels an die Sattelstange geschraubt wird und drei Spulen/Magnet-Induktionsgeneratoren besitzt, die mit dem Schütteln und Hoppeln des Fahrrads eine einschiebbare Energiepatrone aufladen. Diese kann dann über ihren USB-Stecker mit diversen Verbrauchsgeräten verbunden werden um diese aufzuladen.

Ein ähnliches Gerät, das die Erschütterungen beim Fahrradfahren zu Strom macht, stammt von dem Industriedesigner Deco Goodman. Dieser setzt den Minigenerator gleich in den Stoßdämpfer des Sattels. Außerdem verfügt sein im November 2008 vorgestelltes Rad über einen neuartigen Dynamo, der mittels einer Vielzahl kleiner Magnete funktioniert, die in einem großen Kreis auf dem Hinterrad sitzen. Bei ihrem Vorbeistreichen an der fest montierten Empfängerspule generieren sie Strom für die Beleuchtung des Fahrrads und andere Zwecke.

Fahrraddynamo Magtenlight

Magtenlight

So neu ist Goodmans Technik allerdings nicht, denn die Firma Goodbye Batteries Ltd. (!) im britischen  North Tyneside vertreibt für 25 Englische Pfund ein vergleichbares und schon ausgereiftes Gerät seit 2007, dessen starke LED-Lichter ebenfalls von an den Speichen des Vorder- und Hinterrades befestigten Magneten betrieben werden. Das Produkt ist anscheinend so gefragt, daß es bei meiner Recherche im Oktober 2009 als ausverkauft deklariert ist. Für einen Preis zwischen 47 € bietet ab 2008 auch die dänische Firma Reelight einen Induktionsdynamo für Fahrräder an.

Im September 2009 stellt das US-Unternehmen Dahon ihr ‚BioLogic FreeCharge’ Ladegerät für Fahrräder vor, mit dem man den Saft über einen USB-Stecker direkt in den iPod oder das iPhone einspeisen kann. Der Lader soll im März 2010 für voraussichtlich 99 $ auf den Markt gebracht werden.

Im Oktober 2009 folgt das ‚Magtenlight’ der Magtenlight Company aus Hong Kong, bei dem an den Speichen des Vorderrades vier Magnet-Segmente mit je acht Magneten montiert werden, die einen Ring bilden (86 $).

Zu dieser Zeit werden auch die ersten Berichte über ein energetisch selbstversorgendes Laserlicht für Fahrräder veröffentlicht, das eine sehr sinnvolle Nutzung des erzeugten Stroms darstellt, und welches die Sicherheit bei Nachtfahrten signifikant steigern sollte. Das Konzept stammt von dem Industriedesigner Leonardo Manavella.

Energieerzeugender und leuchtender Roll.Charge.Light.Protect Rollstuhl

Roll.Charge.Light.Protect

Die mit Clips an den Stangen anzubringenden Laser senden gemeinsam einen elliptischen Strahl rund um das Fahrrad, der es größer erscheinen läßt als es wirklich ist. Kommt ein Auto dem Fahrrad zu nahe, schaltet die Laserfarbe auf rot um und ein lautes Warnsignal ertönt. Die Akkus des einfach ,Laser’ genannten Sicherheitstools werden beim Fahren nachgeladen.

Um das Thema Licht und Sicherheit auch auf andere Gruppen zu übertragen, entwickeln die Designer Mingoo Kim, Yunjin Chang, and Sueun Park den ‚Roll.Charge.Light.Protect’ Rollstuhl, der mittels selbsterzeugter Energie leuchtende Räder besitzt. Das Konzept, das im Oktober 2009 in den Blogs erscheint, bietet Rollstuhlfahrern mittels der hell leuchtenden LEDs ein bemerkenswertes Sicherheitssystem. Die Stromerzeugung erfolgt reibungsfrei über magnetische Induktoren am Getriebe des Rollstuhls.

Sanyo wiederum stellt den Prototyp eines Schrittzählers (Pedometer) vor, der die kinetische Energie der Tritte einfängt, während man geht oder joggt. Das Gerät erzeugt allerdings nur rund 40 Mikrowatt, was gerade mal dazu ausreicht um das Gerät selbst in Betrieb zu halten.

Ähnlich, aber für den reinen Handbetrieb gedacht, funktioniert das Konzept des ‚Shake MP3-Player’ des Designers Kenneth Tay.

Der im August 2008 in den Blogs präsentierte Player, von dem es bislang allerdings noch keinen Prototyp gibt, läßt sich nicht nur durch Schütteln aufladen, auch die Steuerung erfolgt durch Schütteln statt mittels Knöpfen.

nPower PEG Lader

nPower PEG

Ein Anfang 2009 vorgestelltes Ladegerät von Tremont Electric für Kleingeräte wie Handys usw. nennt sich ‚nPower PEG’ und kostet 149 $. Es ist für Fußgänger gedacht. Man steckt das Ladekabel einfach in sein Verbrauchsgerät ein und legt beides in den Rucksack oder in die Handtasche. Ebenso kann man es in der Hand halten oder am Gürtel befestigen. Um ein iPhone wieder zu 80 % aufzuladen, muß man ca. eine Stunde marschieren.

Ein ähnliches Gerät wird im Mai 2009 von der Firma Kyle unter dem Namen ‚Etive’ präsentiert, es verwendet hochwertige Neodym-Magneten (NdFeB) und kann eine 1.500 mAh NiMH-Batterie in rund neun Stunden aufladen. Eine weiterentwickelte Version soll einen 2.000 mAh Lithium-Ionen-Akku in ca. fünf Stunden aufladen können.

Auch der Erfinder Dr. Cedrick Ngalande entwickelte eine Möglichkeit, für den täglichen Bedarf im ländlichen Afrika genügend Strom für Mobiltelefone oder andere kleine elektrische Geräte zu erzeugen. Sein Anfang 2009 vorgestellter ,Green Erg-Generator’ ist eine einfache Vorrichtung mit Rädern, die man hinter sich herzieht. Schon bei normaler Gehgeschwindigkeit werden mehr als 2 Watt erzeugt. Das System kann natürlich auch an einen Ochsenkarren oder ein Fahrrad gehängt werden.

In den entwickelten Ländern werden ähnliche Systeme wohl etwas anders aussehen. Ein Beispiel ist der ,Wheel Powered Generator’ der Industriedesignerin Bridgette Crozier, der im September 2009 in die Presse kommt. Das Teil ist nicht anderes als ein hochentwickeltes Rollcase, das mit einem kleinen Generator und einer Lithium-Ionen-Batterie ausgestattet ist.

Kugellader Roll Charger

Roll Charger

Zunehmend werden kleine Geräte mit Standard-Batteriemaßen präsentiert, in denen ein Akku sowie ein komplettes mechanisches Ladesystem integriert sind. Das Aufladen geschieht dann meist durch einfaches Schütteln.

Der chinesische Industrie-Designer Jiang Qian präsentiert im Mai 2009 eine weitere einzigartige Methode um Batterien aufzuladen.

Das Konzept des ‚Roll Charger’ bildet eine Kombination aus den traditionellen chinesischen Gesundheits-Kugeln, die verwendet werden um Akupunkturpunkte zu stimulieren und Knochen und Muskeln zu lockern, und einem internen Mechanismus zum Aufladen einer einzigen AA- oder AAA-Batterie in jeder Kugel. Die Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie erfolgt durch die Rotation der sich aneinander reibenden Kugeln.

Chukka Lader

Chukka

Die im Juli 2009 vorgestellten ‚Shakenergy’-Modelle der koreanischen Firma Mintpass sind innen zweigeteilt. Im vorderen Teil befindet sich ein Nickel-Metalhydrid-Akku zum Speichern der Energie, während im hinteren Teil ein kleiner Magnet ist, der beim Schütteln durch eine Spule gleitet und elektrischen Strom induziert.

Im Juli 2009 erscheinen in den Blogs die ersten Informationen über eine Alternative zur herkömmlichen Gebetskette oder dem Rosenkranz – denn mit dem ‚Chukka Kinetic Music Player’ kann man genauso gut herumfingern… und dabei auch noch Strom produzieren und Musik hören.

Die Entwicklung des britischen Designers Tom Mascall besteht äußerlich aus wiederverwertbarem Polyurethane und hat ein Innenleben aus Edelstahl: Die einzelnen Elemente werden von einem hochflexiblen Datenkabel miteinander verbunden: Musikspeicher, Akku, Induktionslader und Steuerung.

Falls sich ein Produzent dafür findet, wird man auch mit einer ‚Kassette’ herumspielen können, die von den Designern Stefano Pertegato, Massimiliano Rampoldi, Eloisa Tolu, Francesco Schiraldi und Giovanni Mendini entwickelt und im Februar 2009 erstmals vorgestellt wird. Das alte Hüllendesign ist allerdings voller neuer Dinge: Musikplayer, Stromspeicher, Steuerung und Ladesystem.

Während man mit dem einem Loch die Musikwahl des ,NVDRS Tape MP3-Player’ steuert, dient das andere der Stromerzeugung: man läßt die Kassette einfach um seinen Finger herum rotieren. Statt mit den üblichen Speicherkapazitäten in GB soll es den MP3-Player mit Speicherzeiten von 45, 60 und 90 Minuten geben – ganz so wie die Kassetten früher…

Der ,Boo’ der Designer Ji-youn Kim, Jeon Hwanjuund Yang Soonyoun ist ein dreiflügliger Bumerang mit besonderem Innenleben. Das Entwicklungskonzept, das im August 2009 in der Presse erscheint, beinhaltet Raum für drei AAA-Batterien. Beim Werfen des Bumerangs wird die Drehbewegung in Energie umgewandelt und damit die Batterien geladen. Die Oberfläche des Flugkörpers besteht aus Silizium, um die wertvollen Innereien vor Stößen zu schützen.

In die Endrunde des ‚Feel the Planet Earth’ Wettbewerb 2008 kommt auch der jordanische Designer Sofian Tallal mit seinem Konzept eines städtischen Tretgenerators namens ‚mPower’. Das Teil soll die Passanten dazu motivieren, ein paar Minuten ihrer Zeit zu investieren um elektrischen Strom für die Gemeinschaft zu erzeugen. Die Pflanzen nachempfundenen Objekte besitzen auch einen Touchscreen, auf dem sich die erzeugte Energie ablesen läßt.

Reifen und Räder

Schon etwa 300 Jahre v. Chr. entwickelte der griechische Philosoph und Politiker Demetrios von Phaleron einen Muskelwagen der nach dem Prinzip heutiger Hamster-Laufkäfige funktionierte. Über solche Technologien werde ich weiter unten noch zu sprechen kommen.

Die ersten Tretautos (für Kinder) werden in Deutschland um 1900 hergestellt, oft sind sie realen Automodellen nachgebildet.

Über die Erfindung eines Automobils in Japan, das mittels eines Uhrwerks läuft, wird in der Dezember-Ausgabe des US-Magazins Modern Mechanix im Jahr 1933 berichtet. Es gibt kaum technische Daten über dieses Fahrzeug, doch die britischen Kfz-Händler die ihre Geschäfte in Japan machten, schienen sich damals ernsthafte Sorgen um ihren Absatz zu machen. Das Uhrwerk-Auto soll in der Lage gewesen sein, durch einmaliges Aufziehen eine Strecke von über 60 km zurückzulegen.

In der Februar-Ausgabe desselben Magazins wird in aller Genauigkeit der Selbstbau eines Autos für Kinder beschrieben, das durch eine Batterie aus verdrillbaren Gummibändern aus alten Schläuchen angetrieben bis zu 5 km weit fahren kann.

Ein Fahrer kann jedoch auch während dem Prozeß der Bewegung Energie aufbringen, und so bildet das Fahrrad wohl eine der lobenswertesten Erfindungen der Menschheit. Ich vermute, daß es heutzutage auch wesentlich mehr Fahrräder gibt als alle anderen Transportmittel zusammen.

Im Rahmen dieser Betrachtung ist das Wesentliche an Fahrrädern, daß sie die menschliche Muskelkraft äußerst effizient umsetzen, was die Fortbewegung – zumindest auf ebener Strecke – fast schon zu einer Lust macht. Wie wir an verschiedenen Stellen dieses Kapitels sehen werden, bildet die Fahrradtechnologie auch die Basis sehr vieler Adaptionen. Über die weiteren Vorteile habe ich bereits im Kapitel Bio-Logische Technik in Teil B ausführlich gesprochen (s.d.).

Angesichts der riesigen Zahl neuer Designs und Entwicklungen werde ich mich sehr beschränken müssen, um diese Arbeit nicht zu sprengen. Dafür sollen ein paar ausgesuchte Umsetzungen präsentiert werden, wobei einige sicherlich auch zum Schmunzeln anregen werden.

ConferenceBike

ConferenceBike

2002 sehe ich die ersten Bilder eines ‚ConferenceBike’, das man als einen offenen und runden Fahrrad-Bus bezeichnen könnte. Acht Personen treten in die Pedale, während eine neunte Person das Vehikel steuert (auf diesem Sitz saß sogar schon einmal Ex-Präsident Jimmy Carter).

Der in Amsterdam lebende Künstler und Erfinder Eric Staller arbeitet seit 1991 an seinem Fahrzeug, von dem im Laufe der Zeit diverse Variationen hergestellt werden – in einer deutschen Werkstatt, wobei die Lenkung sogar von Porsche stammt. Die Gruppen-Bikes kosten zwischen 7.200 € und 9.500 € (Lieferzeit 4 Wochen, 2 Jahre Garantie), wiegen rund 200 kg und erreichen leicht eine Geschwindigkeit von 15 km/h.

Die neueste Entwicklung 2008 ist das 5-sitzige Leichtbaumodell ‚CoBi’, das exklusiv in einer holländischen Werkstatt gebaut wird. 2009 folgt mit dem Modell ‚Quintette’ ein weiterer 5-Sitzer, der sich dank hydraulischer Lenkung und Bremsen wie ein Sportwagen fahren lassen soll.

In den Niederlanden gibt es wiederum ganze ‚Partybusse’, die sich nur dann bewegen, wenn alle an der Theke sitzenden Besucher bzw. Passagiere kräftig mitstrampeln… was dann wiederum auch den Umsatz an Getränken kräftig ankurbeln dürfte. Die ‚Bierfiets’ haben Platz für 10 bis 22 Leute und führen diverse Liter Bier mit sich, während sie in der Stadt herumfahren.

pedal pub

pedal pub

Zwei Unfälle sorgen dafür, daß die Stadtväter Amsterdams im August 2009 über ein Verbot der Bierfiets nachdenken, wie es in Delft und jüngst auch in der Stadt Valkenburg bereits besteht. Rechtlich gesehen, ist es Fahrradfahrern in den Niederlanden nicht erlaubt zu trinken. Die rollenden Theken nutzen jedoch ein juristisches Schlupfloch, da alleine der (nüchterne) Lenker als verantwortlicher Fahrer gilt, während die Biertrinker mit ihrer Schenkelkraft nur zum Betrieb beitragen.

Ein neuer Markt scheint sich dafür in anderen Ländern aufzutun. Ableger des Unternehmens ‚pedal pub’ gibt es schon in London und in Twin Cities, Minnesota.

Auf der US-Ausstellung Maker Faire im Mai 2008 in San Mateo, Kalifornien, erfolgt ein Teil des Personenverkehrs mit Pedalbussen unter dem Motto ‚Pedal-powered Mass Transit’. Im Gegensatz zu den fahrenden Bier-Theken sitzen die das Fahrzeug vorwärts bewegenden Passagiere hier mit Blick nach außen, um die Ansicht der vorbeiziehenden Landschaft bewundern zu können – oder die staunenden Gesichter der Passanten am Straßenrand.

Konventioneller aber dafür auch wesentlich schneller sind die vielen Mehrpersonen-Tretfahrzeuge, von denen ich einige auch im Kapitel Elektrische Mobilität behandle, sofern diese neben den Pedal- auch noch mit zusätzlichen Elektroantrieben ausgestattet sind – wie das ‚Humancar’ genannte Fahrzeug von Charles Greenwood beispielsweise, auf dem man zu viert zwar Rücken an Rücken sitzt, das mittels seiner Draisinen-Technik auf gerader Strecke jedoch eine schier aberwitzige Geschwindigkeit erreicht.

Vierer-Tretauto

Vierer-Tretauto

Einfachere und trotzdem schnittige Modelle gibt es in sehr unterschiedlichen Formen und Ausstattungsgraden. Als Beispiel sei auf ein Vier-Personen ‚Tret-Auto’ verwiesen, das von dem Unternehmen Palm Imports Inc. aus Holly Hill, Florida, angeboten wird.

Mitte 2009 begeistert ein Presseartikel über den 14-jährigen David Dixon aus Novato, Kalifornien, der im Rahmen eines Mittelschule-Projekts an seiner Novato Charter School ein ‚Solar Human Hybrid’ (SOHH)-Fahrzeug für vier Personen gebaut hat. Als Grundlage nutzt er eine in der Schweiz gebaute ‚Zero Emission Machine’ der ZEM Europe GmbH in Zürich (deren Zweisitzer zwischen 3.450 € und 5.310 € kosten, der Viersitzer ist ab 5.960 € zu haben, inzwischen scheint das Unternehmen nicht mehr auf dem Markt zu sein).

Mit der Hilfe seines Vaters bekommt das Fahrzeug einen 1 PS/24 V Motor und Silikon-Gel-Batterien von GreenSaver, die von einem 20 W Sonnenkollektor gespeist werden. Die Höchstgeschwindigkeit wird auf 22 km/h begrenzt. Der Umbau kostet 2.500 $ – doch dafür gibt es 2009 auch noch den Backyard Genius Award des Magazins Popular Mechanics.

Will sich eine Person ausschließlich alleine fortbewegen, dann kann man das Fahrrad auch technologisch soweit ‚schrumpfen’, daß man es auf sein wichtigstes Element konzentriert: den Reifen.

Taraju Einrad

Taraju

Besonders unter Kindern sind Einräder sehr beliebt, und vermutlich muß man schon in jungen Jahren damit anfangen zu trainieren (meine zu spät erfolgten Versuche haben bislang nicht gefruchtet). Inzwischen gibt es diverse neue Designs, von denen ich einige vorstellen möchte.

Auf der Dutch Design Week 2005 präsentiert Oron Markus eine Mischung aus Einrad und Mountainbike namens ‚Taraju’. Fünf Federblätter aus Glasfasern und Nylon ersetzen die Standard-Speichen. Die Implementierung eines Lenkers ist vielleicht noch nachzuvollziehen, ich bezweifle aber ob es sinnvoll ist, mit der Scheibenbremse eine Vollbremsung … hinzulegen.

249 $ kostet beispielsweise das ,Magic Wheel’ eines „jungen europäischen Designers“, das im Sommer 2007 als aerodynamisch verkleideter Reifen mit kleinem Stützrad und Fußtritten an den Seiten daherkommt, samt Griff zum leichten mit sich herumtragen.

Man kommt voran, in dem man sich das ‚Magic Wheel’ zwischen die Beine klemmt, sich drauf stellt und sich dann mit einem Fuß von der Erde abstößt – ganz so wie früher beim Roller. Gelenkt wird per Gewichtsverlagerung. Das 26-Zoll Einrad wiegt 6,3 kg, ist bis zu 120 kg (oder 150 kg) belastbar und wird in den Farben rot und schwarz angeboten.

Mitte 2008 ist der Reifen, mit dem man schnell auf 20 – 25 km/h kommt, in Singapur im Verkauf, wo er 349 Singapur-$ (ca. 150 €) kostet.

Nimbus Einfachst-Einrad

BC Wheel (Nimbus)

Die Einfachstversion gibt es natürlich auch. Sie heißt ‚BC Wheel’, wird von der Firma Nimbus Unicycles hergestellt und kostet 2005 zwischen 150 $ und 180 $. Das Rad, das puren Minimalismus ausstrahlt, wiegt 4,1 kg, besteht aus einem 20-Zoll Reifen mit zwei frei gelagerten Stahlwinkeln und könnte von jedem Menschen ‚ohne zwei linke Hände’ innerhalb kürzester Zeit auch selbst gebaut werden. Allerdings kann man mit dem BC Wheel kaum mehr als rollen.

Im Juli 2007 präsentiert Unicycles daher das ebenso minimalistische Einrad ‚Nimbus Ultimate Wheel’. Das Rad hat ebenfalls einen 20 Zoll Reifen und diesmal dazu noch zwei Pedale – aber das war’s dann auch schon. Ketten, Lenker oder gar ein Sitz sind völlig überflüssig. Der Preis liegt bei 90 $ (2009: 75 $).

Von canadianunicycle.com gibt es eine etwas größere Version, mit der man sogar querfeldein fahren oder Treppen hinauf hüpfen kann.

OrbitWheel Fussreifen

OrbitWheel

Auf der New York Toy Fair 2008 wird eine weitere Minimalversion angeboten, die fast schon zu den Rollschuhen gezählt werden kann. Das ‚OrbitWheel’ dreht sich um den Fuß und erlaubt zahllose Tricks und Manöver, die so komplex und kreativ sein können wie die Phantasie und Körperbeherrschung ihren Nutzer. Sie werden von der 2003 in Camas, Washington, durch Shane Chen gegründeten Firma Inventist Inc. angeboten, die uns weiter unten bei dem Aquaskipper nochmals begegnen wird.

Eine Version, die mit einer verstellbaren Abstandsstange verbundenen ist und auch wesentlich robustere Räder besitzt, stammt von dem italienischen Designer Francesco Sommacal aus Bozen – Bolzano, der 2007 dafür einen Designpreis von Volvo einfahren durfte. Sein mit einem Bremssystem ausgestattete Modell heißt ‚360’ soll intuitiv nutzbar sein und sich gleichermaßen für Straßen und Bergwiesen eignen. Im November 2008 gewinnt Sommacal auch den Red Dot:Luminary Award.

Schuhe auf Kurbeln an Kinderwagenreifen

Pedal Shoes

Und der Künstler Nik Ramage bietet mit seiner Persiflage ‚Pedal Shoes’ eine Alternative für alle Personen, die mit dem Gleichgewichtssinn Probleme haben. Auf einem Video auf der Homepage des Künstlers ist zu sehen, daß sich das Gefährt tatsächlich vorwärts bewegt – allerdings nur gradlinig.

Schon sehr viel größer und aufwendiger sind dagegen die ‚monovelos’, die während der Abschlußzeremonie der Olympischen Spiele in Peking 2008 einen weltweit beachteten Auftritt hatten. Dutzende der großen, filigranen und auch noch selbstleuchtenden Einräder kurvten inmitten der Show auf dem Stadionboden ihre Pirouetten und begeisterten die Zuschauer.

Das Design des ‚monovelo’ ist von den Arbeiten der Architekten Herzog & de Meuron inspiriert, die das Beijing National Stadium, auch ‚Vogelnest’ genannt, geplant haben, und die im Oktober 2008 die Pläne für ein 200 m hohes Dreieck-Hochhauses für Porte de Versailles in Paris vorlegen, das durch seine Ausrichtung Solar- und Windenergie optimal nutzen kann. Über derartige Projekte findet sich mehr in den Kapiteln Solararchitektur sowie Windenergie und Architektur

Das ‚monovelo’ jedenfalls nutzt Muskelenergie, hat einen Durchmesser von 2 m, wiegt 52 kg, kann eine Geschwindigkeit von 20 km/h erreichen und soll auch schon außerhalb Chinas lieferbar sein – für 1.690 $.

Monowheel von Ben Wilson

Monowheel
von Ben Wilson

Genial ist auch das im April 2008 präsentierte Einrad des Designers Ben Wilson, insbesondere durch die einfache Bauweise und die sehr robust wirkende Tretmechanik. Anders als in einem Röhnrad soll man sich aufgrund des tiefen Schwerpunktes auch nicht überschlagen. Das Rad wird übrigens für die XXI Century Man Ausstellung während der 21_21 Design Sight in Tokio in Auftrag gegeben.

Motorisierte Einräder dieses Formats gibt es natürlich auch. Ihre Entwicklung seit etwa 1860 würde sicherlich ein ganzes Kapitel füllen – ist aber nicht Gegenstand dieser Betrachtung, bei der es ja um den reinen Muskelbetrieb ohne jegliche Brennstoffnutzung geht. Für Interessierte sei als Stichwort der in Holland hergestellte ‚Wheelsurf’ genannt, mit dem man rund 50 km/h schnell werden kann (Preis: 4.990 €).

Ähnlich groß sind die Reifen des Laufrades ‚HyberBike’, das man stehend mit Beinen und Armen gleichzeitig betätigt. Der Erfinder Curtis DeForest, Jr hat den Prototypen gemeinsam mit Sy Ross gebaut und bezeichnet seine Innovation als körperbewegte ‚Reisemaschine’. Das Team von bodyriteltd.com scheint in East Hampton, New York, beheimatet zu sein.

Durch die Schräglage der Reifen erhöht sich die Stabilität, was das Konzept auch am offensichtlichsten von seinen vielen Vorläufern abhebt, die bis 1880 zückreichen.

Das Konzept eines Doppelreifen-Systems, mit dem man quasi auf dem trockenen und/oder auf fast jeder anderen Art von Oberfläche surfen kann, und das auch noch mit hoher Geschwindigkeit, wird unter dem Titel ‚Loop In’ im Juli 2007 vorgestellt.

Loop In Doppelreifen

Loop In

Die Räder und die Platte im Inneren rotieren unabhängig voneinander, und wie von einer Welle soll man kontinuierlich vorwärts geschoben werden. Indem man sich an den innen umlaufenden Haltestangen festhält kann man auch problemlos Überschläge und Rollen durchführen, ohne in Gefahr zu laufen irgendwo aufzuschlagen. Die verblüffende Kombination aus skaten und surfen stammt von dem spanischen Designer Marcial Ahsayane.

Eine vereinfachte und auf Spielzeuggröße reduzierte, ferngesteuerte Version kommt im September 2009 unter dem Namen ,Roboni-i’ auf den US-Markt. Der auch selbststeuernde Roboter verfügt über vier Prozessoren und insgesamt 16 Sensoren, davon 11 Infrarot-Sensoren zur Verbindung mit seiner Basisstation und (ggf.) anderen Roboni-i, weitere Infrarot- und Tast-Sensoren, um Hindernisse zu erkennen und zu vermeiden, sowie Funksensoren, um mit Zusatzelementen, die mit RFID-Chips versehen sind, unterschiedlich zu interagieren. Hersteller ist die Südafrikanisch/US-Amerikanische Startup-Firma Robonica, der Preis liegt bei 249 $.

Nur ganz klein sind dagegen die drei zusätzlichen Räder, die benötigt werden um aus einem konventionellen Fahrrad ein sicheres Schienenfahrzeug (bitte nur für stillgelegte Gleisstrecken!) zu machen, denn der glatte, stählerne Untergrund macht keine großformatigen Reifen nötig.

Schienen-Rad

Schienen-Rad

Aus der Fülle an Selbstbauvorschlägen sei hier ein Foto von Jesse Ingham aus dem Jahr 2007 vorgestellt. An diese Stelle paßt auch folgende Technologie:

Sehr viel einfacher und trotzdem auch noch bequemer machen es sich die Menschen in Ländern der 3. Welt wie Kambodscha, wo unternehmerische Bahn-Hacker ‚Bamboo-Trains’ gebaut und in Betrieb genommen haben, um wenigstens noch die Schienen des altersschwachen nationalen Eisenbahnsystems nutzen zu können. Sie haben nach Ende des Krieges von den übrig gebliebenen Panzern passende Räder abmontiert, auf ein paar Achsen gesteckt, einen Rahmen aus Bambus draufgesetzt und mit einem kleinen Motor versehen.

Die Bambus-Züge erreichen Geschwindigkeiten von ca. 40 km/h, verkehren zwischen den Dörfern und Marktflecken an den Strecken – und wenn sich zwei Züge treffen, gibt es eine einfache Regel: Der mit der leichtesten Beladung muß Platz machen und wird kurzzeitig von den Schienen gehoben, damit der andere Wagen weiterfahren kann.

Einschienenkonzept Valenciennes Grafik

Valenciennes (Grafik)

Die gleiche Idee, nur wesentlich futuristischer konzipiert, geht auf die Designer Helen Evans und Heiko Hansen im Jahr 2006 zurück, die sich von der bereits 1934 erfolgten Stillegung der bekannten Pariser Straßenbahnlinie ,La Petite Ceinture’ haben inspirieren lassen. Neben Surfbrettern mit Rädern, die auf den Schienen unterwegs sein sollen, schlägt das in Paris als ‚HeHe’ agierende Zweierteam unter dem Titel ‚Valenciennes’ auch kabinenähnliche Gefährte vor, in denen man ebenso gut meditieren wie vorankommen kann. Man denkt dabei an den Einsatz von Solarzellen, die kleine Elektromotoren antreiben.

Zu Transportfahrzeugen umgebaute Räder gibt es überall auf der Welt – beladen mit Eis, Süßigkeiten oder Hot Dogs, als langsam dahinrollende Touristen-Rikschas, oder als (ir)reguläre ‚Lastwagen’ wie sie in vielen der weniger entwickelten Ländern tagtäglich im Einsatz sind.

Um auch hier nicht in der Fülle an Material zu versinken, stelle ich repräsentativ die Transporträder der Kronosport Inc. in Philadelphia, Pennsylvania, ein Wasseraufbereitungs-Rad sowie den einen oder anderen sonstigen verblüffenden Umbau vor.

Kronosport stellt eine Palette an Transporträdern her, die mit elektrischen Zusatzantrieben ausgestattet sind. Das muskel/elektrisch-betriebene ‚Taxi’ kann zwei Personen befördern, der windschnittige ‚Van’ sowie ein ‚Truk’ mit Planenabdeckung sind zum Lastentransport gedacht. Mit Hilfe des 36 V Antriebs können leicht 20 km/h erreicht werden.

Das ,Aquaduct’-Dreirad wird für die 3. Welt entwickelt und erstmals im Februar 2008 auf der Indaba Designkonferenz in Cape Town präsentiert. Prompt gewinnt es den 1. Platz im von Specialized und Google ausgeschriebenen ‚Innovate or Die – Pedal Powered Machine Design’ Wettbewerb.

Aquaduct Wasserfilter-Fahrrad

Aquaduct

Das Fahrrad verfügt hinten über einen 75 l Wassertank – und während man in die Pedale tritt, wird das Wasser durch einen Kohle-Filter in einen Tank für sauberes Trinkwasser vorne am Fahrrad gepumpt. Man kann aber auch eine Art Ständer ausklappen und dann so lange auf der Stelle treten, bis alles gefiltert ist.

Das Design stammt von IDEO, einem US-Entwicklungs- und Designberatungsbüro mit internationalen Aktivitäten, das auch die am Anfang dieses Kapitels beschriebene KickStart-Pumpe mitentwickelt hat.

Einen lustigen und sinnvollen Umbau bildet das ‚Camper Bike’ des Künstlers Kevin Cyr aus Boston. Der im April 2008 gebaute Wohnwagen für eine Person ist ausschließlich muskelbetrieben und basiert auf dem Chassis eines normalen dreirädrigen Lastfahrrads, wie es in vielen Ländern eingesetzt wird. Der Künstler nutzt das Konstrukt als Modell für seine Gemälde, die vornehmlich im Fernen Osten angesiedelt sind. Wohnwagen oder die Kabinen von Fernfahrern hätten ihn schon immer fasziniert – nur habe er deren Ästhetik mit den Anforderungen der Gegenwart nach Emissionsfreiheit und brennstofflosem Verkehr und Transport verbunden.

Man kann Fahrräder allerdings auch technisch umbauen, d.h. in Bezug auf die Antriebsmethode oder die Art und Weise, wie die menschliche Muskelkraft in Vortrieb umgesetzt wird. Ich werde die wichtigsten dieser Methoden und Technologien kurz vorstellen.

Bikeboard

Bikeboard

Wir erinnern uns sicherlich alle noch an die Roller, mit denen wir als Kinder gespielt haben. Eine neuartige und weiterentwickelte Kombination bildet das ,Bikeboard’, das tatsächlich nichts anderes als ein Fahrrad-Skateboard Hybrid darstellt und erstmals im August 2008 öffentlich vorgestellt wird. Angeboten wird es für 125 € von der britischen Firma indiansummercompany.co.uk, und Spaß macht es sicherlich nicht nur Kindern.

Apropos Roller: Im März 2009 beteiligt sich Anton Grimes von der University of New South Wales mit einem Konzept zur Vermietung von elektrischen Rollern an dem australischen James Dyson Design Wettbewerb. Es handelt sich um eine modulare Lösung die es den Benutzern erlaubt, kleine und leichte elektrische Scooter von einer Hub-and-Ride Station zu mieten und diese am gewünschten Zielort wieder zusammenzufalten und an die entsprechenden Hubs anzuschließen, wo sie wieder aufgeladen werden.

Die Nutzung bestehender Lichtmasten würde die Kosten des Systems reduzieren und den Hubs eine stabile Verankerung bieten. Außerdem erleichtert es die Verbindung zum Strom und Datenaustausch. Der Idee dieser Entwicklung liegt das Ziel zugrunde, bis 2030 die Autos in der Innenstadt von Sydney zu reduzieren und die Stadt mehr fußgängergerecht zu gestalten. Die Geschwindigkeit der Roller ist auf 16 km/h begrenzt.

Laufband-Fahrrad

Treadmillbike

An diese Stelle passen auch die folgenden Varianten, bei denen der Fahrer eigentlich eher ein Läufer ist, denn der antreibende Mechanismus besteht aus einem Laufband wie bei Fitneß-Trainingsgeräten. Das ,Treadmillbike’ kostet 2.500 Kanadische Dollar, es kann von dem Hersteller Bicycle Forest in Waterloo, Ontario, aber auch angemietet werden. Der Widerstandsgrad des Bandes ist einstellbar und läßt sich leicht an die Kraft des jeweiligen Fahr-Läufers anpassen. Neben dem Laufband-Rad bietet Bicycle Forest auch noch viele andere interessante Sitz- und Liegeräder an, ebenso wie hochentwickelte CAD-Programme für eigenes Fahrraddesign.

Ein ähnliches Vehikel, allerdings mit vier Rädern und für bis zu zwei Personen gleichzeitig, die für die Fortbewegung sorgen, ist das ,SpeedFit’, dessen Erfinder Alex Astilean Ende 2008 auf der Suche nach Investoren ist. Schwachpunkt der Idee ist die nicht ganz so einfache Steuerung des Tretwagens, der auf den ersten Blick wie eine abgespeckte Arbeits-Hebebühne aussieht.

Doch bleiben wir noch einen Moment bei den uns aus der Kindheit bekannten Rädern – zu denen auch die sogenannten Laufräder gehören, mit denen die ganze Technologie 1817 überhaupt erst angefangen hat, als Karl Drais, damals noch Freiherr, in Mannheim seine erste, hölzerne ‚Laufmaschine’ zeigte, die in der Presse bald nur noch ‚Draisine’ genannt wurde.

Auch beim ,GlideCycle’ sitzt der Fahrer zwischen den Rädern und stößt sich mit den Füßen am Boden ab. Das vertreibende, gleichnamige Unternehmen aus Ashland, Oregon, gründet sich im März 2009 und wird auch gleich von weltweiten Anfragen überschwemmt. Insbesondere Personen mit Prothesen, Sportverletzungen oder amputierten Gliedern sind von dem neuen Laufrad begeistert. Das Unternehmen kann sich vor Bestellungen kaum retten.

Mit beiden Beinen zu treten, ohne dabei rotierende Pedale zu betätigen, bietet eine weitere Variante der heutigen muskelbewegten Zweiräder. Eher für Kinder gedacht ist das Tretrad ‚Taurus’ der Designerin Julia Meyer, das auf den bequemen, gepolsterten Sitz verzichtet, der eher als Fitneß-Hindernis gilt. Stehend beugt man sich nämlich stärker nach vorne, was eine bessere Haltung mit der Möglichkeit verbindet, die größten Muskeln des Körpers härter arbeiten zu lassen.

Tretmechanik-Kinderzweirad Taurus

Taurus

An der hinteren Radnabe des im Oktober 2008 erstmals präsentierten Fahrrades sind außerdem sechs Kondensatoren zur Speicherung der resultierenden Energie installiert. Diese Energie kann bei Bedarf abgerufen werden, um den Vortrieb zu stärken.

Es gibt auch eine Anzeige, auf der die Menge der erzeugten und gespeicherten Energie dargestellt wird. Diese Echtzeit-Daten ermutigen erfahrungsgemäß das Kind auch, die Pedale härter zu treten. In den Blogs wird die Bitte laut, ein ähnliches Rad auch für Erwachsene zu konzipieren.

Vermutlich kennen die Autoren dieser Aufforderungen noch nicht den Tretantrieb des ‚elliptiGO glide bike’, auf dem man quasi renn-fährt. Auch hier steht man, was aufgrund des verlängerten Hebel(beins) auch eine wesentlich stärkere Energieumsetzung erlaubt als die üblichen, rotierenden Pedalantriebe.

Ursprünglich wurde dieses Gerät innerhalb von drei Jahren von dem Duo Brent und Bryan (Nachnamen nicht bekannt) für einen Freund entwickelt, der aufgrund einer Knieverletzung nicht mehr rennen konnte. 2008 nimmt das ‚elliptiGO’ bereits an einem ersten Radrennen in den USA teil. Ich wage die Prognose, daß solche Räder bei internationalen Rennen keine Zulassung erhalten, weil sie vermutlich selbst an den schnellsten Profis locker vorbeiziehen könnten.

Die Tretmechanik mit Hebel und Ritzel-Getriebe treffen wir auch bei dem ,Stepboard’ des Designers Nicolás Chacana wieder, das im Juni 2009 in den Blogs vorgestellt wird. Während man auf dem vorderen Brettteil steht, drückt man den hinteren Teil immer wieder hinunter um auf Geschwindigkeit zu kommen. Sowohl die vordere Platte als auch das hintere Rad sind drehbar gelagert, was die, allerdings als nicht allzu leicht geltende, Manövrierbarkeit des Gefährts gewährleistet.

Tretmechanik Stepboard

Stepboard

Das Stepboard, das manchmal auch als ,Waveboard Skateboard’ bezeichnet wird, besitzt auch eine Scheibenbremse die durch Gesten einer Hand gesteuert werden soll (was ich jedoch nicht ganz nachvollziehen konnte).

Ein weiterer Mechanismus, der bei einem neuen Roller zur Anwendung gelangt, soll schon über 2.000 Jahre alt sein und auf niemand geringeres als Archimedes zurückgehen. Umgesetzt wird diese Technik bei dem Design eines kick-scooters von Lior Ori, der auf der Bicycle Exhibition im August 2008 unter dem Namen ,Swoosh’ vorgestellt wird.

Richtig rudern kann man dagegen mit dem ‚Rowingbike’ von Derk Thijs, dessen erstes Modell bereits aus dem Jahr 1986 stammt und der die Technik seitdem kontinuierlich weiterentwickelt hat. Die Mechanik wird mittels Zugseilen in Bewegung gesetzt. Mit seinem aerodynamisch verkleideten Prototyp ,Thys 240’ fährt bzw. rudert Thijs die Strecke Paris – Amsterdam (510 km) in einer Zeit von 13 Stunden und 53 Minuten! Die erste Europameisterschaft im Ruderradfahren findet 1999 statt.

Rudermechanik-Fahrrad

Rowingbike

Aktueller Verkaufsschlager ist das Modell ‚Thys 222 Revolver’ für 3.300 €, seit 2008 gibt es auch ein Rudertandem für 6.900 €, und außerdem wird bereits an einem rowingtrike für 4.950 € gearbeitet.

Derk Thijs scheint sich aber auch in die dritte Dimension erheben zu wollen. Angesichts der Tatsache, daß ein mit menschlicher Muskelkraft angetriebenes Propellerflugzeug 15 – 20 % Verluste mit dem Propeller sowie 15 – 20 % Verluste beim Antrieb (Pedale – Propeller) aufweist, macht der Ruderradantrieb via Dyneema-Seil und Kunststoffschnecke wesentlich mehr Sinn – insbesondere wenn die Bewegung direkt auf die Flügel umgesetzt wird. Ich werde die Entwicklung des (bislang erst geplanten) Ruderflugzeugs weiter verfolgen und ggf. darüber berichten.

Vierrädrige Rennräder mit einem Draisinenantrieb, der ebenfalls wie Ruder, anstatt mit Pedalen betätigt wird, stellt übrigens die Rhoades National Corp. her.

Die verblüffendste Idee der Pedal-betriebenen Mobilität ist in meinen Augen jedoch das Konzept einer Einschienenbahn, die von den Insassen selbst betrieben wird. Aufgrund der geringen Gewichte der ‚Transportmittel’ würde der Bau sehr günstig ausfallen und ließe sich prinzipiell auch leicht und schnell in bestehende urbane Strukturen integrieren.

Mir begegnet dieser Vorschlag des Designers Geoffrey Barnett erstmals Mitte 2008 unter dem Namen ‚Shweeb’. In dem Abenteuerpark Agrodome nahe Rotorua in Neuseeland existiert bereits eine 2 x 200 m lange Kreisbahn, die sich in einer Höhe von 2 – 4 m über dem Boden erstreckt. Auf jeder Bahn können bis zu fünf Wagen aneinander gekoppelt oder auf beiden Bahnen parallel Wettfahrten veranstaltet werden. 

Tret-Achterbahn SkyCycle

Gut festhalten!

Auf der Website des Parks ist auch die Versicherungspolice der Shweeb Holding ltd. veröffentlicht – die einen Betrag von 1 Mio. $ ausweist. Der Initiator Barnett weist darauf hin, daß die durchschnittliche Geschwindigkeit eines Fahrzeugs im Zentrum von London im Jahr 1908 knapp 13 km/h betrug. 100 Jahre später, im Jahr 2008, waren es immer noch (oder wieder) 13 km/h!

Im September 2010 investiert Google den Betrag von 1 Mio. $ in die neuseeländische Firma. Shweeb will das Geld dazu nutzen, um eine Demonstrationsstrecke in einer Stadt in den USA, in Südkorea oder in Großbritannien aufzubauen.

Und so seltsam dieser Vorschlag auch klingt, sogar eine Fahrrad-betriebene Achterbahn existiert schon, auch wenn ich nicht annehme, daß sie so gut frequentiert wird wie ihre mit Loopings versehenen großen Schwestern. Es kann einem schon schwindlig werden, wenn man nur die Fotos anschaut.

Es handelt sich um die ‚SkyCycle’-Bahn in einem auf brasilianisch getrimmten Freizeitpark in Japan.

Zum Abschluß des aktuellen Updates noch einige weitere interessante Modelle und Designs, auf die ich bei meinen Recherchen gestoßen bin. Dazu gehören das ‚sideways bike’, bei dem man quer zur Fahrtrichtung sitzt (ich frage mich, warum sollte man?), das ,Quike’, ein vierrädriges Liegerad für zwei Personen (nebeneinander), oder ein Elektro-Faltrad namens ‚Grasshopper’, das Ende 2008 von David Gonçalves entwickelt wird und Energie erzeugt. Das Rad läßt sich so klein machen, daß man es leicht in eine Wohnung oder in einen überfüllten U-Bahn-Wagen paßt, während der Akku seine Energie durchs Treten und mittels der regenerativen Bremse speichert. Dies ist deshalb besonders sinnvoll, weil sich das Klapprad auch als stationärer Heimtrainer einsetzen läßt, wobei die kinetische Energie für spätere Motor-unterstützte Spazierfahrten gespeichert wird.

Ist man etwas eleganter unterwegs und will es auch etwas geschützt haben, dann sollte man hoffen, daß das Design von Randall Marin möglichst bald zu einem Produkt umgewandelt wird. Das Konzept erscheint im August 2009 in der Presse und gilt mit seinen Maßen von 1,8 x 1,5 x 1,1 m als eines der größten Dreiräder weltweit. Das ‚Triclo’ hat eine Tragfähigkeit von 180 kg und besteht aus recyclingfähigen Materialien.

Zweier-Tretrad Triclo

Triclo

Besonders interessant finde ich die technische Lösung des zentralen, großen Rades, das sich V-förmig teilt und sich damit organisch in die Matrix aus Funktion, Struktur und offener Sicht nach vorne einordnet – was bisher der größte Mangel der vielen Einradkonzepte mit zentraler Sitzanordnung war.

Unter dem Namen ,Exo-Audi’ stellt der Auto-Designer Andrea Mocellin im August 2008 die Zukunftsvision eines Fahrzeugs vor, das sich mittels einem Exoskeleton-Antrieb fortbewegen soll – wie immer man sich das auch vorzustellen hat. Es soll jedenfalls etwas mit Nanotechnologie zu tun haben, wobei die kinetische Körperenergie für das Vorankommen sorgt.

Das Ziel des Designs ist, die muskelbetrieben Fahrzeuge schneller und stärker wirken lassen – was in meinen Augen gelungen ist.

Kurz vor Ende des aktuellen Updates erreicht mich noch das folgende Design eines 2-Personen-Fahrrads mit übergroßen Rädern.

Zweier-Tretrad Cojoy

Cojoy

Bei dem von Pengtao Yu aus Pasadena, Kalifornien, entwickelten ,Cojoy’ sitzen die beiden Fahrer nebeneinander, wobei jeder ein Rad antreibt. Wie bei einem Paddelboot müssen sie zusammenarbeiten und in einen Rhythmus mit gleicher Geschwindigkeit kommen. Auch Wenden müssen abgesprochen werden. Das Rad erfordert eine gute Kommunikation, Kooperation und ein Minimum an Geschick.

Eine gewaltige Anzahl weiterer futuristischer, seltsamer und zum Teil völlig irrer Fahrrad-Designs kann man auf der Seite von weburbanist.com finden (vom 03.03.2009).

Und eine riesige Link-, Bilder- und Patentsammlung zu allen Bereichen der muskelbetriebenen Fahrzeuge findet sich auf der Seite von Roger C. Gilmore, der selbst dabei ist, einen muskelbetriebenen Eis-Gleiter zu entwickeln.

Der AquaSkipper

Der Mensch hat schon seit langem gelernt sich auf dem Wasser zu bewegen – auf Flößen, in Einbäumen oder Kajaks … bis hin zu den modernen Schiffen und Bodeneffekt- bzw. Luftkissenbooten. Von letzteren Technologien einmal abgesehen basierte das Schwimmen bislang stets auf dem Prinzip der Verdrängung, und über Jahrhunderte hinweg war die einzige vom Wind unabhängige Antriebsenergie die menschliche Ruderkraft.

Eine Grenzform zwischen Schiff und Flugzeug bildet die Tragflächentechnik, die ab 1899 von dem britischen Bootsbauer John Thornycroft entwickelt wurde. Tragflügel- oder Tragflächenboote (engl.: Hydrofoil) sind Wasserfahrzeuge, die bei steigender Geschwindigkeit mittels unter Wasser liegender Tragflügel angehoben werden, wodurch der Rumpf nicht mehr das Wasser berührt und das Schiff sozusagen über die Wasseroberfläche ‚fliegt’.

Die Geschichte der vielfältigen Umsetzungen dieser Technologie würde ein eigenes Buch füllen. 1959 beginnt beispielsweise die Dynamic Development Inc. in Babylon, New York, eine Tochter der Grumman Aircraft Engineering Corp., mit dem Verkauf ihrer ,Sea Wings’, seitlich anzubringende Aufsätze für 4 m – 5 m lange Motorboote, um aus diesen Tragflügelboote zu machen. Später mehr über diese Technik.

Im Laufe der Zeit wurde immer wieder versucht, weitere Methoden der Fortbewegung über das Wasser zu entwickeln, doch sogar die Ergebnisse des ‚Walk on Water’-Wettbewerbs der University of San Diego im Jahre 2004 fielen recht bescheiden aus. In den meisten Fällen versuchten die Teilnehmer verzweifelt, in Konstruktionen wie aufgeblasenen Skiern u.ä. auf dem Wasser das Gleichgewicht zu halten und vorwärts zu kommen.

Interessanterweise ist der britische Erfinder M. W. Hulton schon 1962 mit einem derartigen System namens ,Sea Shoes’ recht erfolgreich und selbstbewußt auf dem Grand Union Kanal herumgestakst.

Kurbel-Boot von 1931 Grafik

Kurbel-Boot (1931)

Drei Jahrzehnte zuvor, so meldet das US-Magazin Modern Mechanix in seiner Ausgabe vom Juli 1931 – leider ohne der Erfinder zu benennen –, sei von einem geschickten Heimwerker ein winziges ‚Motorboot’ entwickelt worden, das mittels einer Handkurbel angetrieben wird. Auftrieb erhält das Wasserfahrzeug durch kleine Schwimmkörper, die zwischen den Planken angebracht sind.

Leider gelang es mir nicht, irgendwelche weiteren Informationen über eine ähnliche Erfindung (aus Japan?) zu finden, von der es nur noch ein Foto zu geben scheint.

Es handelt sich um die Kombination von zwei umschnallbaren Schwimmringen mit kurbelbetriebenen, winzigen Propellern – doch ich bezweifle stark, daß man damit schneller vorangekommen sein soll als mit ein paar kräftigen Schwimmstößen. Möglicherweise ist die Innovation aber für schiffsbrüchige Nichtschwimmer eine sinnvolle Methode, gezielter als mit hilflosem herumpaddeln von der Stelle zu kommen.

1939 fährt erstmals ein pedalbetriebenes Aussichtsboot über die Gewässer des Boston Public Gardens. Es ist der Steuermann, der in einer wie ein Schwan gestalteten Kabine sitzt, der gleichzeitig in die Pedale treten muß.

bladerunner Wasserrad-Wasserfahrrad

bladerunner

Zwischenzeitlich gibt es schon unzählige muskelbetriebenen Boote, die zumeist mit Tretkurbeln aus Fahrradteilen betrieben werden. Mir selbst gefällt das ‚bladerunner’-Wasserfahrrad besonders, das 1993 an einem Wettbewerb teilnimmt. Und vielleicht erinnert sich der eine oder andere sogar an die quietschbunten ‚AquaCycle’, die wie eine Mischung aus Spielzeug und Traktor wirkten.

Die meisten neuen Versuche, sich schnell übers Wasser zu bewegen, gehen von einer Kombination bereits vorhandener Technik aus. Am häufigsten handelt es sich dabei um  Boots- und Fahrradteile nebst Wasser- oder Luftpropellern. In diesem Segment finde ich das ‚Shuttle-Bike-Kit’ besonders clever, das mit Hilfe aufblasbarer Schwimmer und einem Propeller aus jedem Fahrrad in 10 Min. ein Wasserfahrzeug macht, auch wenn die damit erreichbare Geschwindigkeit mit maximal 10 km/h nicht allzu hoch ist.

Shuttle-Bike

Shuttle-Bike

Dafür läßt sich der gesamte, 12,7 kg wiegende Umbau-Set bequem in dem kleinen, mitgelieferten Rucksack verstauen. Gut durchdacht ist das Aufblasen der Schwimmer – denn dieses funktioniert mittel einer mitgelieferten und Fahrrad-betriebenen Luftpumpe.

Die Innovation, die 1997 in der Presse erscheint, als mit Franco di Fede der erste Mensch die 5,4 km breite Straße von Mesina zwischen Kalabrien auf dem italienischen Festland und der Insel Sizilien auf einem Fahrrad überquert (in 53 Min.), stammt von der italienischen Firma SKB Engineering S.r.l. in Vigevano und ist inzwischen weltweit patentiert.

Ebenso sinnvoll ist der ,Boatdrive’-Zusatz für Boote, der ab 1999 angeboten wird. Mit seiner Hilfe wird ohne Mühe oder aufwendiger Umbauten jedes kleine Boot zu einem pedalbetriebenen. Hersteller ist die Firma Circle Mountain Industries Inc. in Fort Benton, Montana, und der Preis liegt bei 3.250 $.

Wesentlich günstiger sind da schon die Baupläne für diverse pedalbetriebene Kleinboote, die der amerikanische Designlehrer und Bootsbauer Philip Thiel aus Seattle, Washington, seit etwa 2001 verkauft (auch wenn seine Homepage aussieht, als sei sie schon in der 1940ern gestaltet worden).

Di-Cycle Schwimm-Fahrrad

Di-Cycle

Gleich mehrere Designpreise verdient in meinen Augen das in Holland entwickelte, phantastische ‚Di-Cycle’ Konzept von GBO Design mit Niederlassungen in Helmond und im belgischen Antwerpen. Auch hier sind Grundelemente eines Fahrrads integriert, aber dieses Fahrzeug kann aufgrund seiner völligen Neukonstruktion nahtlos von Land ins Wasser hineinfahren und umgekehrt.

Die Entwicklung erfolgte mit Blick auf die von einer Vielzahl von Kanälen durchschnittenen Stadt Helmond, die mit solch einem Amphibien-Rad sowohl auf festem wie auch auf flüssigem Untergrund durchstreift werden kann. Einen Preis hat das ‚Di-Cycle’ jedenfalls schon gewonnen, und zwar den Brabantse Spelen Designpreis 2005.

Durch die stabilisierenden, schräggestellten und großen Räder erinnert das Schwimm-Fahrrad an das weiter oben beschriebene ‚HyperBike’ von Curtis DeForest, Jr.

Im Mai 2008 wird Werbung für ein weiteres, modern aussehendes Wasserfahrrad gemacht, das unter dem Namen ,Water Cycle’ und zu einem Preis von 3.000 $ auf den Markt kommt. Das hochgelegte Tretboot – wie es in einigen Fachblogs bezeichnet wird – verfügt über eine Tretkurbel, die einen 15-Zoll-Propeller mit zwei Blättern antreibt. Es sind Geschwindigkeiten von bis zu 11 km/h erreichbar. Das Fahrzeug besitzt einen Glasfaser-Schaumkern-Rumpf.

Selbstbau-Wasserfahrrad von Wieguo

Wieguo-Selbstbau

Daß es auch sehr viel einfacher gehen kann, beweist der Chinese Li Wieguo, der sein Selbstbau-Wasserfahrrad im Juni 2009 im Naishahu Park der Provinz Hubei vorführt. Als Schwimmkörper dienen acht große Wasserflaschen, die an dem Vorder- bzw. Hinterrad des Gefährts angebracht sind. Letzteres ist wiederum mit Paddeln bzw. Schaufeln ergänzt, die auch dem Manövrieren des Fahrrads dienen sollen. Für die Straßenfahrt werden die Schwimmer einfach hochgeklappt. Der Erfinder habe für die Gesamtentwicklung rund 3.000 $ aufwenden müssen – und sucht nun nach einem Produzenten zwecks Massenfertigung.

Nur wenige Monate später, im September 2009, erscheint die Innovation eines weiteren Chinesen in den Blogs: Der Heimwerker Deng Huaibin aus Nanjing in der Provinz Jiangsu, gibt im Laufe der zweijährigen Entwicklungszeit ebenfalls über 2.900 $ aus, um ein amphibisches Fahrrad zu bauen, das er mit einem Paar ausklappbarer Airbags an jedem Rad sowie sieben Paddeln auf der Rückseite ausstattet.

Nach Angaben des Erfinders kann das Rad wie ein normales Fahrrad auf der Straße fahren, während es auf dem Wasser eine Geschwindigkeit von 5 km/h erreicht. Die meisten der mehr als 300 Teile, aus denen das Rad besteht, sind aus recyceltem Material und von Hand gefertigt worden. Die Airbags wiederum sind aus 40 Innenschläuchen von Autoreifen hergestellt. Inzwischen ist das Wasser-Rad zum Patent angemeldet, wobei der Erfinder darauf hofft, daß es im Falle einer Massenfertigung zu einem Preis von rund 80 $ verkauft werden könnte.

Ein weiteres Amphibien-Fahrrad, das in den Blogs als Zwitter aus elektrisch unterstütztem Liegefahrrad und Kayak bezeichnet wird, stellt der tschechische Erfinder David Buchwaldek im Oktober 2009 vor. Das Vehikel namens ‚HEPAV 1.1’ ist mit einer hydraulischen Steuerung ausgestattet und besitzt für die Fortbewegung im Wasser einen winzigen Propeller.

Amphi-Rad HEPAV 1.1

Amphi-Rad HEPAV 1.1

Auf der Seite von Buchwaldek befinden sich auch unzählige Fotos von muskelbetriebenen Fahrzeugen, Fliegern, Booten usw. die ihn inspiriert hätten, leider jedoch ohne jegliche Namen oder Details, die eine vertiefende Recherche erlauben würden.

Eine Zwitterstellung, die an die oben erwähnte Methode über Wasser zu laufen erinnert, nimmt die Entwicklung eines Teams der Technischen Universität München ein, die im April 2007 in einigen Blogs erscheint.

Beim ,TU_FiN’ handelt es sich um ein schmales Fun- und Fitness-Boot, in dem man stehend mit Füßen und Armen einen Flossenantrieb betätigt, was dann wie ‚nordic (water) walking’ aussieht.

Die Entwicklung scheint auf Interesse zu stoßen, denn auf der BOOT 2009 zählt das ‚Stand Up Paddling’ (SUP) bereits zu den absehbaren Trends. In der Einfachversion bewegt sich der Sportler auf einem mehr als 3 m langen Surfbrett stehend mit Paddelschlägen durch das Wasser – und es gibt auch schon die ersten internationalen Wettbewerbe in dieser Disziplin.

All das vorangegangene wird jedoch von einem vollständig neunen Ansatz übertrumpft, beim dem auch nachvollziehbar wird, daß man am besten stets tief zu den Wurzeln resp. physikalischen Aushangspositionen zurückkehren sollte um in der Lage zu sein, auch neu zu denken.

Zwar kann man auch mit diesem Gerät nicht über das Wasser laufen, aber durch die sehr intelligente Umsetzung von Muskelenergie quasi darüber hinweg springen (oder reiten)!

Für mich bildet der aus Aluminium und Verbundwerkstoffen gefertigte ,AquaSkipper’ das GENIALSTE Fortbewegungsmittel auf der Wasseroberfläche. Obwohl es seit 2006 schon mehrfach im Fernsehen gezeigt wurde, ist es trotzdem noch immer so gut wie unbekannt. Was völlig unverständlich ist wenn man bedenkt, wie revolutionär diese Umsetzung eigentlich ist.

Der AquaSkipper, der nach dem Prinzip der Tragflügelboote funktioniert, besteht aus zwei federnd miteinander verbundenen T-Stücken, wobei die Querbalken die Tragflächen darstellen. Das 12 kg wiegende Gerät ist 1,83 m lang und hat eine Spannweite von 2,44 m, bei der es sich um die Breite des hinteren Unterwasser-Querträger-Profils handelt.

Technische Struktur des Aquaskipper

Aquaskipper

Der Auftrieb wird überwiegend durch die Strömung des Wassers über dem hinteren Flügel erzeugt, während der Vortrieb – ähnlich der Schwanzflosse eines Delphins – durch das Auf- und Abgleiten entsteht, für das die auf einer kleinen Plattform stehende Person sorgt, indem sie – ähnlich wie beim Galopp-Reiten – aus den Oberschenkeln heraus auf und ab wippt. Der kleine, vordere Tragflügel läßt sich am Gestänge wie ein Fahrradlenker drehen und dient zur Lenkung und Stabilisierung.

Dieses rhythmische Herumhüpfen reicht völlig aus, um mit einem Tempo bis zu 25 und sogar 30 km/h übers Wasser zu skippen, wobei erfahrene Nutzer direkt vom Steg aus ‚aufsteigen und losreiten’ – und dabei noch nicht einmal naß werden. Wesentlich für die erfolgreiche Nutzung ist allerdings eine Kombination aus Hüpfen und synchronem Drücken mit den Armen.

Ich kann nur empfehlen einen Blick auf die diversen Clips zu werfen, die es auf der Homepage zu sehen gibt. Es ist schon bemerkenswert, wie sehr sich ein Sport-Vierer anstrengen muß, um mit dem AquaSkipper Schritt halten zu können – wie hier in einem Beitrag auf dem Kinderkanal KiKa zu sehen ist. Und wenn die Meereswellen stark genug sind, kann man mit dem Gerät sogar surfen.

Erfunden wird das Prinzip des AquaSkippers 1988 von dem schwedischen Ingenieur Alexander Sahlin. In 10-jähriger Arbeit entwickelt er den ersten Prototypen unter dem Namen ‚Trampofoil’, kann damit jedoch keinen wirtschaftlichen Erfolg erzielen, und die Herstellerfirma gibt den Verkauf nach wenigen Jahren wieder auf.

Parker McCready wiederum arbeitet 1989 an einem ,Pogofoil’, mit der er die Technologie des schwingenden Flossenantriebs weiterentwickeln will.

Erst die Weiterentwicklung durch Chen Shane, Präsident der US-Firma Inventist, bringt das Gerät durch die Fiberglasfeder an der Gabel zur Serientauglichkeit. In Deutschland wird der AquaSkipper erstmals Mal 2004 auf der internationalen Sportmesse ISPO in München vorgestellt, gewinnt prompt den Preis für das innovativste Produkt und wird mit dem ispo DuPontBrandNewAward ausgezeichnet. Auf den Markt kommt er 2005, und Mitte 2008 beträgt die unverbindliche Preisempfehlung 999 € (brutto, inkl. Versand).

AuaSkipper auf dem Wasser

Aquaskipper beim Wasserritt

Wie jede Technologie hat auch der AquaSkipper seine Ahnenreihe an Vorläufern, beginnend mit dem muskelbetriebenen ‚Hydrofoil’ (Wasserflügel) des bayrischen Ingenieurs Dr. Julius Schuck aus München, über dessen Erfindung die Öffentlichkeit erstmals 1953 in der Deutschen Tagesschau unterrichtet wird – unter dem schönen und treffenden Namen ,Wasserläufer’.

Auch hier erfolgt der Antrieb nach dem Prinzip des Flügel- bzw. Flossenschlages (Flapping Wing Propulsion), allerdings ist nur eine seitliche Bewegung möglich, da die beiden parallelen Tragflächen wie Skier angeordnet sind.

Anschließend ist längere Zeit ruhig auf der Wasseroberfläche, bis die ersten muskelbetriebenen Tragflügelboote in Erscheinung treten, wie die ‚Maritime Flight I’, ein Viersitzer aus dem Jahr 1970 von Wynne-Gill aus Miami, Florida, oder der ,Flying Fish’ von Alan Abott und Alec Brooks von 1984, eine Konstruktion aus einem Fahrradrahmen und einem großen Hauptflügel, der 90 % des Auftriebs übernimmt, während ein kleiner Flügel die Höhe kontrolliert und als Lenkung funktioniert.

In den Folgejahren beschäftigen sich zunehmend mehr Personen mit menschlich angetriebenen Tragflächenfahrzeugen: Sid Shutt (‚Hydroped1985), David Owers (‚Foiled Again1986), Mike Mixel (‚Spirit of Minnesota’ 1986) oder Parker McCready (‚Mutiny on the Boundry Layer1986). Dieser Versuch ist McCready’s erster, ein Hydrofoil – im Grunde ein umgebauter ‚Flying Fish’ – nun auch mit einem Flossenantrieb anzutreiben, was aufgrund der verlustreichen Mechanik zwischen Fahrradkurbel und schwingendem Flügel jedoch nicht besonders gut funktioniert.

Ab 1988 arbeiten drei weitere Teams an der Fortentwicklung der Technik: John Enrietto mit seinem ‚Imperial Racer’, Mark Drela und Studenten des MIT mit ihrem ‚Decavitator’ (s.u.) und die Firma Free Enterprises von James Gilmartin mit dem ‚Sabertooth’. 1989 steigen mit dem Projekt der Tretboot Ag der FH Flensburg namens ‚Flying Magic’ und dem bereits erwähnten ‚Pogofoil’ von Parker McCready zwei weitere Geräte in den Wettbewerb ein, von denen letzteres mit einem Flossenschlag-Antrieb ausgestattet ist.

1990 folgt der ‚Flying Gopher’ von Art Eardman und einem Studententeam der University of Minnesota, und 1991 die Boote ‚2nd Wave’ von Glen Cole, ‚Freedom Foil’ von Jim Crocker und Mohsen Alhaddad, sowie die ‚Hydroped’ von Sidd Shutt.

Decavitator Propellerfahrrad

Decavitator

Im Oktober 1991 fährt Mark Drela auf dem Charles River in Boston, Massachusetts, mit seinem Luftpropeller-betriebenen ‚Decavitator’ einen Weltrekord mit einer Geschwindigkeit von 9,53 m/s (18,5 Knoten) auf einer 100 m Rennstrecke. Zwei Jahre später gewinnt das Team den DuPont-Preis für das schnellste muskelberiebene Wasserfahrzeug, in dem es die Grenze von 20 Knoten (auf 100 m) durchbricht. Den Distanzrekord von 11,5 km hält seit 1997 übrigens der schwedische Strömungsingenieur Alexander Sahlin, der auch das ‚Trampofoil’ entwickelt hat (s.o.).

1999 bauen der Industriedesigner Philipp Müller und der Schiffbauer Claus Abt den Prototypen ,SCAFO’ – ein sehr schnelles muskelbetriebenes Boot, das sicherlich gute Chancen bei Wettbewerben hat.

Anschließend scheint es eine Lücke bei der Weiterentwicklung zu geben, bis 2004 parallel zum AquaSkipper ein fast identisches Gerät in die Schlagzeilen kommt, das von dem Südafrikaner Mike Puzzey entwickelt worden ist. .

Pumpabike

Pumpabike

Das Grundprinzip des ‚Pumpabike’ folgt dem des ‚Trampofoil’, nur daß der Federmechanismus hier unter der Standfläche eingebaut ist. Auch in dem Frontflügel befindet sich eine kleine Feder, die mit Hilfe einer aufwendigen Konstruktion zusätzlichen Vortrieb erzeugen soll. Außerdem ist das abgerundete Plastikdesign ohne Ecken besonders für Anfänger geeignet.

Inzwischen gibt es auch einige private Entwicklungen, außerdem drängen die ersten Billigimitate nach Europa. Die Nachahmer versuchen dabei auch immer mehr, anstelle ‚AquaSkipper’ Ihren eigen Namen wie z.B. ‚The Waterbird’ durchzusetzen. Parallel erscheint auf dem Markt auch der ‚Hydroglider’, bei dem es sich um ein elektrisch betriebenes Tragflächen-Wasserfahrzeug für eine Person handelt, das ich aufgrund seiner Antriebsform allerdings im Kapitel Elektrische Mobilität behandeln werde.

Am 14. September 2007 startet der Profi-Skateboarder Dave Cornthwaite in der Hove Lagoon bei Brighton zum 100 m Rekordversuch auf dem AquaSkipper. Nach mehreren Läufen gelingt es ihm, mit 21,96 Sekunden den bisherigen Rekord von 27 Sekunden um mehr als 5 Sekunden zu unterbieten. Nun überlegt er sich, ob es ihm gelingen könnte, hoppelnd den Ärmelkanal zu überqueren.

Cornthwaite auf dem AquaSkipper

Cornthwaite auf AquaSkipper

Bei dem Erfolg dieser sehr einfachen Fortbewegungsmethode, die ohne jede komplizierte Mechanik auskommt, kann es natürlich nicht ausbleiben, daß auch das Militär daran Interesse zeigt. So kann man schon im Oktober 2007 lesen, daß das Forschungsinstitut des Pentagon DRAPA an einer Schwimmkombination arbeitet, die es den Navy SEALs und anderen Kampfschwimmern erlaubt, weitaus schneller und mit weniger Mühe als bisher voranzukommen. Statt Schwimmflossen, die einen Wirkungsgrad von kaum 3 % aufweisen, soll die an den Unterschenkeln befestigte Konstruktion die Schwimmgeschwindigkeit um 150 % steigern können.

Das ,PowerSwim’ genannte Modell besteht ähnlich wie der AquaSkipper aus einer schmalen, aber breiten und querstehenden Tragfläche, die wie eine Delphinflosse durch ihr auf und ab für Vortrieb sorgt. Dieser wird teilweise durch die Wirbel generiert, die bei der Flossenbewegung entstehen, und die es Delphinen erlauben, bis zu 80 % ihrer Energie in eine Vorwärtsbewegung umzuwandeln.

Auch für den klassischen Flossenantrieb findet sich eine Reihe von Vorläufern, von denen ich hier den kalifornischen Berufsfischer Arthur D. Hill, Jr., nennen möchte, der 10 Jahre lang die Bewegungen von Fischen und Vögeln beobachtet hat, und mit seiner Entwicklung im Oktober 1939 in dem US-Magazin Popular Science vorgestellt wird.

Aus den Bildern und der Beschreibung geht hervor, daß Hill eine Art Kombination von Flügel- und Flossenschlag erfunden hat, die er erfolgreich an batteriebetriebenen Modellflugzeugen und -schiffen ausprobiert, bis er zuletzt ein 10 m langes Boot damit vorwärts bewegt. Anstatt die Paddel nach vorn und hinten zu bewegen, wie beim üblichen Rudern, wird bei Hills Mechanismus von oben nach unten gepumpt. Dabei soll ein Hub von jeweils 30 cm das Boot um einen Meter vorwärts schieben.

Ganz aktuell ist dagegen die Entwicklung von Greg Kolodziejzyk, einem amerikanischen Leistungssportler, der im Juli 2006 gleich zwei Weltrekorde auf dem Sektor der Human Powered Vehicles (HPV, Mensch-betriebene Fahrzeuge) aufgestellt hat, die auch von Guinness World Records anerkannt werden. Zum einen bewältigt er auf einer Rennanlage in Eureka, Kalifornien, mit eigener Kraft innerhalb von 24 Stunden eine Strecke von 1.041 km – zum anderen bricht er den bisherigen Streckenrekord von 1.000 km mit einer Zeit von 23 Stunden und 2 Minuten. Greg fährt dabei ein vollverkleidetes Rennrad namens ‚Critical Power’.

WiTHiN-24 Unterwellen-Tretboot

WiTHiN-24

Im Juni 2007 stellt er einen weiteren Rekord auf, als er auf dem Wasser des Glenmore Reservoirs in Calgary innerhalb von 24 Stunden mit seinem Pedalboot ‚WiTHiN-24’ eine Strecke von 173 km zurücklegt. Was mich wirklich verwundert, wenn man sich ansieht, wie winzig der Propeller ist, den er aus dem Innern seines ebenfalls vollverkleideten ‚Unterwellen-Tretboots’ heraus zum drehen bringt (s. Vergrößerung).

Für den September 2008 plant Greg, mit einem speziell hierfür entworfenen Boot auch den bisherigen Strecken-Weltrekord für von Menschen angetriebene Fahrzeuge zu brechen, den mit 242 km (in 24 h) Carter Johnson hält. Die Ambitionen von Greg gehen aber noch weiter: Im Winter 2008 will er in seinem Boot ‚WiTHiN’ mit eigener Kraft den Atlantik überqueren und dabei den bisherigen Geschwindigkeitsrekord von 43 Tagen für die rund 3.000 Meilen brechen, den bislang ein Ruderboot hält.

Ganz unter Wasser fahren soll das Paddel-bewegte ‚Uscull human powered submarine’ des schwedischen Designers Milko Ozlu, der dieses im Rahmen seiner MA Abschlußarbeit im Bereich Transportwesen am Royal College of Art in London entwickelt.

Paddel-bewegtes Unterseeboot Uscull

Uscull

Das Mini-U-Boot ist für zwei Personen gedacht und soll in geringen Tiefen operieren. Die Paddel sind drehbar gelagert und legen sich beim Drücken flach, um dem Wasser den geringsten Widerstand zu bieten. Ob das Konzept realisiert wird, ist noch nicht bekannt. Ozlu wurde jedenfalls nach seiner Graduierung sofort vom Nissan Design Centre in Tokio eingekauft.

Und auch für diese Innovation gibt es Vorläufer wie beispielsweise die drei mit Rudern angetriebenen Unterseeboote, die der holländische Ingenieur Cornelis Jacobszoon Drebbel 1620 auf Anweisung des englischen Königs James I. baute. Die Besatzung des dritten und größten der erfolgreich eingesetzten Boote bestand aus 16 Mann, von denen 12 Ruderer waren.

Inzwischen gibt es schon seit einigen Jahren internationale Wettbewerbe für muskelbetriebene Unterseeboote, an denen hauptsächlich diverse studentische Teams teilnehmen. Als Beispiel nenne ich hier das muskelbetriebene 1-Personen U-Boot ,Inviscid’ der Jacobs School of Engineering an der University of California in San Diego, das an dem Human Powered Submarine Contest 2004 im kalifornischen Escondido beteiligt und mit seiner Höchstgeschwindigkeit von 9,68 km/h den Sieg erringt.

Den zweiten Platz belegt das Ein-Mann-U-Boot der University of Washington mit 9,24 km/h, während das außer Konkurrenz fahrende Boot der École Polytechnique de Superieure in Montreal, Kanada, das zwei Mann an Bord hat, eine Höchstgeschwindigkeit von 12,32 km/h erreicht.

Neben den reinen Schnelligkeitswettbewerben gibt es noch die Herausforderung der Langstrecken. Anfang 2009 meldet die Presse, daß der Mechaniker Ted Ciamillo beschlossen habe, den Atlantik mit einem selbstentwickelten Kleinst-U-Boot zu durchqueren – selbstverständlich muskelbetrieben. Statt eines Propeller plant der Konstrukteur den Einsatz eines waagrechten Flossenantriebs aus Karbonfasern, der einer Delphin-Schwanzflosse nachempfunden ist und den er ‚Lunocet’ nennt. Ciamillo geht davon aus, daß dieser Antrieb um 15 % effizienter als jeder Propeller ist. Eine Geschwindigkeit 13 km/h habe er damit bereits erreicht – und seine Firma verkauft das System auch schon.

Tret-U-Boot mit Flossenantrieb von Ciamillo - Grafik

Ciamillo Tret-U-Boot (Grafik)

Der Körper des Mini-U-Boots besteht aus einem Edelstahlrahmen, einem Gehäuse aus Polycarbonat und einem Antriebssystem aus Aluminium und Titan. Auftrieb erhält es durch PVC-Schaum in der Schale und Lufttanks, die gefüllt oder entleert werden können, um das Schiff in der gewünschten Tiefe zu halten. Mit einer Länge um die 5 m bei 1,2 m an seiner breitesten Stelle ist das Boot allerdings nicht gerade geräumig zu nennen.

Ein pedalbetriebenes und weitgehend transparentes Unterseeboot für zwei Personen will das russische Unternehmen Marine Innovation Technologies (MIT) auf den Markt bringen. Das ,Underwater Vehicle’ (UV) für 30.000 $ – 70.000 $ soll einfach zu bedienen sein und ist insbesondere für Touristen gedacht, da es durch seinen Pedalantrieb ohne komplizierte Technik aufkommt, die langwierige Lernprozesse erfordern würde. Das Boot ist 3,5 m lang, 2 m breit und 1,2 m hoch, sein Gewicht (in der Luft) beträgt 1,5 – 2 t und es kann bis in eine Tiefe von 30 m abtauchen.

Rein rechnerisch erfordert die Fortbewegung des Bootes unter Wasser zwischen 2,5 und 5 kW. Da ein untrainierter Mensch aber nur 0,2 – 0,4 kW generieren kann, sieht es mit der Fahrerei ziemlich mau aus, würde die Firma neben dem ausgereiften Design nicht auch noch den sogenannten Coanda-Effekt nutzen. Dabei wird ein Luftstrom aus schmalen Schlitzen über die U-Boot-Oberfläche geleitet, wo er haften bleibt und für Schub sorgen soll. Hiermit wird es zwei Personen möglich auf eine Geschwindigkeit von 2 – 3 Knoten zu kommen, und dies auch bis zu vier Stunden auszuhalten. Kunden ohne Tretambitionen bietet das Unternehmen einen elektrischen Zusatzantrieb an. Die Entwicklungen des Muskelkraft-U-Boots scheinen bereits 1999 begonnen zu haben.

Für weitergehend Interessierte sei die umfangreiche Linkliste der International Hydrofoil Society empfohlen.

Weitere Innovationen

Die Entwicklung hin zur Abhängigkeit von der Muskelkraft anderer Lebewesen scheint mit der Erfindung einachsiger Holzkarren  eingetreten zu sein, wie sie erstmals um 3.500 v.Chr. im Zweistromland zwischen Euphrat und Tigris auftauchten.

Unter der Vielfalt von Systemen, welche die Muskelkraft der Tiere indirekt umgesetzt haben (also nicht zum ziehen, reiten, usw.) gefallen mir ganz besonders zwei. Zum einen die von Pferden betriebene Fähre, die nachweislich 1819 patentiert und deren Wrack 1983 im Lake Champlain (USA) gefunden wurde.

Ein später angefertigtes Modell bietet zusammen mit seiner Funktionszeichnung einen guten Eindruck von der hier umgesetzten Technologie, die sich bis in die Zeit der Römer zurückverfolgen lassen soll.

Pferde-Laufband-Wagen Fleethorse Naturmobil

Fleethorse Naturmobil

Zum anderen gefällt mir eine sehr moderne Umsetzung: Das sechsrädrige, von einem Pferd angetriebene ,Fleethorse Naturmobil’ (früher: Naturcar), ist ein volltransparentes Fahrzeug, in welchem das Tier über ein Laufband trabt. Das Design stammt von dem iranischen Ingenieur Hadi Mirhejazi, der zwei Jahre lang daran gearbeitet hat, bis der neue ‚1-PS-Pferdewagen’ Mitte 2008 seine volle Funktionsfähigkeit erreicht hat.

Vorne haben der Fahrer und ein Passagier Platz. Das Pferde-Laufband ist mit einer 20-Gang-Schaltung ausgestattet und speist die systemeigene Batterie, die wiederum das Fahrzeug vorwärts bewegt. Bei einem Straßentest werden immerhin knapp 45 km/h erreicht.

Ein weiteres Design, das bislang allerdings noch nicht umgesetzt wurde, ähnelt einem Doppelstockbus mit offenem Dach, der von insgesamt vier Laufband-Pferden angetrieben wird.

Laufräder und –mühlen mit waagrechten Rotationsachsen für Tiere und Menschen gibt es zumindest schon seit dem Mittelalter. Einige Historiker gehen davon aus, daß derartige Techniken bereits über 4.000 Jahre alt sind.

Ein Laufrad für Gefängnisse wird 1817 in England von Sir William Cubit eingeführt, den die müßig herumliegenden Gefangenen gestört haben. Es dauert nicht lange, und in vierundvierzig Gefängnissen des Königreiches wird diese Form der Zwangsarbeit praktiziert, bei der die Gefangenen u.a. auch Korn mahlen. Eines der ersten Gefängnisse, das 1821 eine Tretmühle installiert, ist das Brixton-Gefängnis in London.

Zwischen 1822 und 1824 wird ein ähnliches Laufrad auch in einem eigens dafür errichteten Haus im Bellevue-Gefängnis außerhalb von New York eingesetzt. Die Gefangenen haben die Mühle täglich 10 Stunden lang zu treten (mit Pausen von 20Minuten pro Stunde), wobei sie auch noch von höhnischen Zuschauern beobachtet werden konnten.

Tretmühle im Pentonville Prison 1895

Tretmühle im Pentonville Prison
(1895)

Daß es auch später noch derartige Laufräder gibt, beweist ein Foto von 1895 aus dem Pentonville Prison in England.

Doch selbstverständlich gibt es noch eine ganze Reihe weiterer Innovationen, die auf der Umsetzung der menschlichen Muskelkraft basieren. Einige davon, die sich nicht so gut in den vorangegangenen Kategorien einordnen ließen, werde ich hier vorstellen – auch um zu zeigen, daß selbst die geringste Muskelzuckung schon in der Lage ist, Energie zu erzeugen die extern genutzt werden kann.

Zwei Forscherteams aus Korea und den USA berichten im September 2007, daß es ihnen gelungen sei, Herzmuskelzellen auf Plastikfolien zu kultivieren und damit winzige Roboter anzutreiben.

Die koreanische Gruppe um Jinseok Kim fertigt für den Miniroboter ein Skelett aus toxikologisch unbedenklichem Polydimethylsiloxane (PDMS), das drei Füße besitzt, die mit einem Quersteg so miteinander verbunden sind, daß sich vorn drei kürzere ‚Vorderbeine’ herausbilden und hinten drei längere ‚Hinterbeine’. Den Oberflächen des Materials werden in einem speziellen Prozeß 3D-Muster aufgeprägt um das Wachstum der Herzmuskelzellen in die richtige Richtung zu lenken. Schließlich wird der Roboterkörper mit Herzmuskelzellen von Ratten bestückt, die fünf Tage Zeit zum Anwachsen bekommen. Die winzigen Roboter bewegen sich anschließend mit erstaunlicher Geschwindigkeit und hoher Zuverlässigkeit, sie legten pro Sekunde etwa 100 Mikrometer zurück – in zehn Tage eine Strecke von immerhin 50 m.

Das amerikanische Team im Labor von Prof. Kevin Kit Parker an der Harvard University konstruiert aus den Herzmuskelzellen von Ratten wiederum ‚muskuläre Dünnfilme’– also Plastikfolien, die Kräfte ausüben können. Auch diese Folien bestehen aus Polydimethylsiloxane und besitzen eine aufgeprägte 3D-Struktur. Den Forschern gelingt es, die Dünnfilme in unterschiedliche Formen wie Greifwerkzeuge oder Flossen zu bringen. Letztere können zudem mit elektrischen Feldern von außen beispielsweise durch eine Petrischale gesteuert werden. Man hofft, derartige Roboter bald als lenkbare ‚Kanalarbeiter’ im Menschen einsetzen zu können um z.B. Verstopfungen in Blutgefäßen zu beseitigen.

Zwar noch nicht umgesetzt, aber dennoch ein äußerst interessantes Konzept stammt von Michael Stabile, USA Unter dem Titel ‚Blink’ bildet es seine Beteiligung an dem Pop Sci and Core77 Wettbewerb 2003.

Blinzel-Generator Blink Grafik

Blink (Grafik)

Dabei geht es um Nachtsicht-Kontaklinsen (Night-Vision Contacts, NVC) – und um deren Versorgung mit der notwendigen Energie, um das einfallende Licht zu verstärken. Dies erfolgt, indem eine dünne Schicht aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) Gel außen auf das Augenlied gestrichen wird. NdFeB ist der stärkste heute existierende Seltene-Erden-Magnet. Jedes Blinzeln bewegt das Magnetmaterial an der mehrschichtigen Kontaktlinse vorbei und liefert dadurch die erforderliche elektrische Ladung zur Verstärkung des Lichts.

Olfa Kanoun wiederum, Professorin für Mess- und Sensortechnik an der TU Chemnitz, arbeitet an einem Generator, der die beim Sprechen und Kauen erzeugten Vibrationen des Wangenknochens in Strom umwandelt. Sie will damit die Knopfzellen in Hörgeräten nachladen.

Eine weitere interessante Methode der Energieerzeugung aus Bewegung wird 2005 vom australischen Centre for Energy and Greenhouse Technologies vorgestellt – ein Wandler von der Größe einer 9 V Batterie, der in der Lage ist jede Form von Vibration in Strom umzusetzen. Die auf bestimmte Vibrationsfrequenzen einstellbare ,Kinetic Energy Cell’ wurde von der Firma CRC for microTechnology in Melbourne entwickelt und besteht aus nur 7 Komponenten, deren Kernelement eine neuartige Spule ist.

Schon etwas mehr Kraft steckt im Druck eines Fingers auf einen Schalter. Seit 2002 stellt die Firma Enocean aus Oberhaching bei München Funkschalter für Lampen her, mit der das Kabel, das den Schalter normalerweise mit der Lampe verbindet, überflüssig wird. Statt dessen bewegt sich eine kleine Spule durch ein Magnetfeld, sobald jemand den Schalter drückt. Die dadurch erzeugte Energie reicht aus, um per Funk eine kurze Botschaft an den Empfänger in der Lampenfassung zu schicken – worauf die Glühbirne erstrahlt, oder ausgeht.

Die Technik lohnt sich vor allem in großen Bürokomplexen wie einem 55-stöckigen Hochhaus in Madrid beispielsweise, das die Firma Anfang 2008 mit 4.200 Schaltern ausgestattet hat, wobei viele Kilometer Kupferkabel eingespart wurden.

Noch ein wenig kräftiger muß man drücken, wenn man durch eine Drehtür hindurch geht. Häufig werden diese inzwischen von Motoren angetrieben – womit es nahe lag, diese Technik umzudrehen und statt dem Motor einen Generator zu integrieren. Das Konzept erscheint Anfang 2008 erstmals in den Blogs und stammt aus dem Fluxxlab Studio in New York, wo man nun gespannt darauf wartet, wann Architekten und Bauunternehmer diese neue Art der Energiegewinnung mittels einer ‚Revolution Door’ umsetzen werden.

Tatsächlich dauert es nicht lange, bis der holländische Türenhersteller Royal Boon Edam Ende 2008 eine derartige mit Energie-Generator ausgestattete Drehtür in dem Naturcafé La Port installiert.  Die Tür ist Teil der von dem Architekturbüro RAU entworfenen Renovierung des Bahnhofs Driebergen-Zeist, einem Durchgangsbahnhof der niederländischen Bahngesellschaft NS auf dem Gebiet der Gemeinde Utrechtse Heuvelrug.

Strom-Drehtür - Detail des oben angebrachten Generators

Strom-Drehtür (Detail)

Die Tür ist mit Reihe von Super-Kondensatoren ausgestattet, welche die erzeugte Energie als Puffer speichern und den LED-Leuchten an der Decke eine dauernde Stromversorgung bieten. Es wird erwartet, daß die Energie-Drehtür rund 4.600 kWh Strom im Jahr erzeugt. Die Entwickler entschieden sich für eine transparente Decke um zu zeigen, wie das System funktioniert. Die aufleuchtenden grünen LEDs belegen, wie viel Energie jedes Mal erzeugt wird, wenn jemand durch die Tür geht.

Verblüffend einfach und einsichtig ist auch ein Konzept von Pent Talvet aus Estland, mit dem er sich 2003 an dem Pop Sci and Core77 Wettbewerb beteiligt. Sein Vorschlag betrifft einen Mensch-bewegten Fahrstuhl, der sich allerdings nur zwischen jeweils zwei Etagen einsetzen läßt und ein wenig an die inzwischen kaum noch anzutreffende Paternoster-Technologie erinnert.

Lauf-Fahrstuhl Grafik

Lauf-Fahrstuhl (Grafik)

Talvets Fahrstuhl besteht aus zwei runden Kabinen, die sich um eine gemeinsame Achse drehen. Man betritt eine der Kabinen und läuft (wie ein Hamster in seinem Rad) los, wodurch sich die Kabine langsam auf die andere Etage hebt bzw. senkt.

Vielleicht schon bald kann man die neuartigen kinetischen Stehlampen kaufen, die – ähnlich wie früher Standuhren – durch das Aufziehen schwerer Gewichte betrieben werden. Hier setzen diese Gewichte jedoch kein Uhrwerk, sondern einen kleinen Generator in Gang, der den Strom für die LEDs produziert.

Postfossil ist eine Gruppe junger Schweizer Designer, die sich 2007 zusammentun. Mit der ‚First Light reading lamp’ von Anna Blattert und Daniel Gafner gewinnen sie einen Design-Preis beim salone satellite 2008.

Die ebenfalls kinetisch betriebene Stehlampe ‚Gravia’ des Virginia-Tech-Studenten Clay Moulton aus Springfield, Virginia, erhält 2007 bei dem Urban Re:vision’s Re:volt online Designwettbewerb eine Anerkennung, und 2008 gehört sie zu den Gewinnern der Greener Gadgets Design Competition, wo sie den zweiten Platz erringt.

Die 120 cm hohe Acryl-Lampe hat 10 LEDs, die rund 4 Stunden lang ein diffuses Licht von 600 – 800 lumen abgeben, was in etwa einer 40 W Glühbirne entspricht.

Gravia Stehlampe Grafik

Gravia (Grafik)

Das Design ist Teil der Abschlußarbeit Moultons am Virginia Polytechnic Institute. Ein Patent ist bereits angemeldet. Die Lebenszeit des Mechanismus wird im Übrigen auf 200 Jahre geschätzt!

Menschen, die ohne Licht nicht einschlafen können, oder Personen, die im Bett lesen und dann vergessen das Licht auszuschalten, sollten sich die ,Wind-up’-Lampe der Designerin Yuko Taguchi holen, deren Schalter an einen Timer angeschlossen ist. Im Laufe der Abende lernt man, um wie viele Windungen man den großen Schlüssel drehen muß bevor man zu Bett geht, damit das Licht erst dann ausgeht, wenn man schon selig schlummert. Die Energiequelle des Lichtes ist der kleine, Stahlfeder-angetriebene elektrische Generator, der nach dem Aufziehen genug Strom erzeugt. Entwickelt wurde die Muskelkraft-Lampe anscheinend 2006 – ob sie schon produziert wird, konnte ich leider nicht herausfinden.

Nicht ganz schlau geworden bin ich aus ‚Twirl N’ Take Battery Free Camera’ von Sony, die – wie der Name schon sagt – ebenfalls ohne Batterien auskommt. Sie wird im September 2008 präsentiert und soll anscheinend aufgeladen werden, in dem man sie ein paar Mal wie eine Farbrolle hin und her rollt. Das die Muskelenergie nutzende Produkt gehört zu der ‚Odo Line’ des Unternehmens, bei der besonders umweltfreundliche ‚grüne’ Artikel gefördert werden. Dazu gehören eine kurbelbetriebene Videokamera und ein Fotoapparat mit zwei Löchern der dadurch aufgeladen wird, daß man ihn um seinen Finger kreiseln läßt.

Twirl N’ Take Kamera

Twirl N’ Take

Bei der ‚Twirl N’ Take’-Kamera muß pro Foto etwa 15 Sekunden gerollt werden, und statt durch eine Linse schaut man beim Fotografieren einfach durch das Loch. Der Fotoapparat selbst ist im Griff integriert, dessen Material aus biologisch abbaubarem Plastik pflanzlicher Herkunft besteht. Als docking station bietet Sony ein zum floralen Äußeren des Objekt passenden ‚Blumentopf an, der über USB mit dem Rechner verbunden werden kann.

Ebenso lediglich über den Tisch oder eine andere Oberfläche vor und zurück rollen, um die integrierten Akkus aufzuladen, muß man das Radio mit integrierter Taschenlampe des Produktdesigners Kevin Ho. Durch den eingebauten Dynamo des bislang nur als Konzept existierenden ,Dyrio’ laden sich die Akkus auf und geben ihre Energie bei Bedarf wieder zum Betrieb des Radios oder der Taschenlampe ab. Das Konzept wird erstmals im Februar 2009 vorgestellt.

Etwas skurril mutet auch die Beteiligung von Yifei Zha aus China am Pop Sci and Core77 Wettbewerb 2003 an, denn Yifei will sogar aus dem (männlichen) Ablaß-Strahl am Pissoir Energie gewinnen – wobei die Urinierenden gleichzeitig dazu motiviert werden sollen, genau auf die Miniturbine zu zielen, deren Energie – als Belohnung für das hygienische Verhalten – eine kleine Melodie abspielt.

Es ist zu befürchten, daß sich solch ein Konzept schneller durchsetzt als die anderen hier erwähnten – denn „noch verrückter geht immer!“

Sechs Jahre später, im August 2009, präsentiert dann der Designer Miguel Melgarejo tatsächlich die passende Ergänzung: Er erfindet eine Halterung, die aus der Drehbewegung beim Abrollen des Toilettenpapiers Energie erzeugt und damit eine eingebaute Lampe speist. Man kann den Halter sogar abnehmen und ihn als Notlicht nutzen!

bubblebuttchair Aufblas-Sitz

bubblebuttchair

Sinnvoller, wenn auch nicht gerade sehr ästhetisch, erscheint mir die Entwicklung von JooYoun Paek aus New York, bei der die Energie des Herumlaufens über zwei Blasebalge unter den Sohlen in Druckluft umgewandelt wird, die wiederum einen Sack aus Polyethylen zu einer Art Sitzkissen aufbläst.

Vielleicht sollte die aus Seoul stammende Designerin ihren an sich intelligenten Vorschlag nicht auch noch als ‚Kleidungsstück’ präsentieren, wie es hier der Fall ist, denn gegenüber dem Laufen mit dem ‚bubblebuttchair’ ist sogar das Watscheln von Pinguinen Grazie pur.

Wesentlich würdiger kommt da schon die Rotation der Gebetsmühlen daher, die nun auch schon zur Erzeugung von Elektrizität herhalten müssen (abgesehen von der Harmonie und der positiven karmischen Energie, die durch ihr Drehen geschaffen wird). Auf die Idee zu einem ‚Prayer Wheel Energy Generator’ kommt der Student Taikkun Yang Li am renommierten  GFRY Studio der School of the Art Institute of Chicago, dessen Design erstmals auf der Möbelmesse in Mailand 2008 vorgestellt wird.

Sinnvoll für eine effiziente Produktion und den Einsatz in der Dritten Welt ist auch der einfache Aufbau aus gebrauchten Fahrradteilen und einen ausrangierten Lüftermotor. Auf einer der veröffentlichten Graphiken leuchten in der Gebetsmühle angebrachte LEDs mittels der erzeugten Energie, während auf einer anderen Graphik die ganze Mühle aus Solarzellen besteht, die zusätzlichen Strom erzeugen. Immerhin werden die tibetischen Gebetsmühlen von jährlich mehreren Millionen Pilgern und Besuchern in Drehung versetzt, außerdem gibt es solche Mühlen in Nepal, Thailand, Kambodscha, Laos, der Mongolei und den Gebieten Indiens, in denen Exil-Tibeter wohnen.

Flying Stick Kamera

Flying Stick

Ganz sicher in die Höhe – wenn auch nicht so weit wie ein Gebet – steigt der ‚Flying Stick’ des Designers Tsunho Wang, eine Kombination aus Kinderspielzeug und Kamera. Er wird zwischen den Handflächen gerieben, bis mittels der Muskelkraft ausreichend kinetische Energie erzeugt ist, dann erhebt er sich in die Lüfte und macht von dort aus in festgesetzten Abständen Bilder, beispielsweise von Menschen, die nach oben starren. Leider handelt es sich bislang nur um eine Konzeptstudie… der man nur eine baldige Umsetzung wünschen kann.

Der tschechische Designer Petr Novak beteiligt sich Anfang 2009 mit seinem ,EcoChair’ an dem core77 Designwettbewerb – einem stromerzeugenden Schaukelstuhl mit schnittiger Gestaltung. Mithilfe eines Schwungrades und Dynamos bringt die Energie, die durch das Hin- und Herschwingen erzeugt wird, eine kleine LED-Leselampe über dem Kopf zum Leuchten.

Den ersten Preis der DesignBoom Green Life Competition gewinnt im Oktober 2009 allerdings der ‚Murakami’-Schaukelstuhl des amerikanischen Designers Rochus Jacob, der ebenfalls die kinetische Energie beim Schaukeln in Strom für eine sehr klassisch wirkende Leselampe umwandeln kann. Diese sieht allerdings nur so aus und ist in Wirklichkeit ein OLED-Licht, das nur wie ein Lampenschirm geformt ist.

Murakami Strom-Schaukelstuhl

Murakami

Die OLED-Lampe kann sogar registrieren, ob es dunkel oder hell ist: Solange es noch hell ist, speichert sie die beim Schaukeln gewonnene Energie in einem Akku, um dann am Abend Helligkeit zu bieten. Die Stromerzeugung selbst soll durch eine ‚fortschrittliche Nano-Dynamo-Technologie’ (?) erfolgen, die in den Kufen des Schaukelstuhls integriert sind.

Ebenfalls für Zuhause gedacht und muskelbetrieben ist der ‚Electrolis’-Bodenreiniger der studentischen Designerin Neo Amy von der Swinburne University of Technology in Melbourne. Die Entwicklerin scheint sich an die Unterrichtsstunden über statische Elektrizität erinnert zu haben, denn ihre Reinigungsmaschine für Teppiche und harte Böden ist ein Produkt ohne Stromverbrauch.

Ich freue mich ganz besonders über diese Innovation, weil das naturwissenschaftliche Phänomen der statischen Elektrizität noch viel zu wenig untersucht und umgesetzt wird. Diese Elektrizitätsform wird durch den Kontakt zweier Materialien erzeugt, die im Rahmen der triboelektrischen Reihe der Elektronenaffinität an voneinander entfernten Punkten stehen. Je weiter ein Material am positiven Ende der Reihe steht, desto mehr Elektronen gibt es bei Berührung oder Reibung an ein Material ab, welches weiter am negativen Ende der Reihe steht.

Gut sichtbar wird der Effekt, wenn man mit einem weichen Wolltuch beispielsweise ein Plastiklineal reibt, worauf dieses wie ein Magnet (nichtmagnetische) Materialien wie Papierschnipsel und ähnliches anzieht – und zwar mit beachtlicher Kraft.

Durch die Nutzung der kinetischen Energie des Benutzers startet im ‚Electrolis’ ein nachgeahmter Van de Graaff-Bandgenerator, der eine Metallplatte an der Unterseite des Produkts statisch auflädt, sodaß diese die Haare und Partikel auf dem Boden anzieht.

Toyota Hamster-Auto

Toyota Hamster-Auto

Kommen wir abschließend noch einmal auf die Muskelkraft der Tiere zu sprechen, die wir Menschen schließlich schon seit Urzeiten nutzen. Ich selbst kenne aus Syrien heute noch genutzte und von Pferden oder Mauleseln gezogenen Pflüge, aus Ägypten von Büffeln und anderen Tieren betriebenen Wasserschöpfwerke, sowie aus dem Jemen Olivenmühlen in denen Kamele ihre Runden drehen.

Vermutlich eher im Sinne einer Satire über die steigenden Brennstoffpreise beteiligt sich Toyota 2008 an einem Wettbewerb von Traumautos für Schulen und Universitäten mit einem rosafarbenen Tretauto, das tatsächlich von Hamstern betrieben wird.

Inspiriert zu sein scheint dieses von dem ,Critter Cruiser’, einem kleinen Fahrzeug für Hamster, das schon ein Weilchen in vier Farben für jeweils 20 Pfund zu haben ist (die Schienen für die Rennstrecke kosten 35 Pfund). Möglicherweise läßt sich nicht jeder Hamster gern in eine bunte Plexiglasfahrgastzelle einsperren, doch im Gegensatz zu den herkömmlichen Hamsterrädern kann sich das Tier tatsächlich auch fortbewegen – und ist gleichzeitig gut geschützt vor allzu interessierten Katzen…

Hamster-betriebener Shredder

Hamster Shredder

Die Energie der possierlichen Tierchen weitaus sinnvoller umzusetzen war das Ziel der Entwicklung des ,Hamster Shredders’, den sich der Designer Tom Ballhatchet Ende 2008 ausgedacht hat. Und nein – es sind nicht die Hamster, die hier geschreddert werden!

Statt dessen handelt es sich um den Prototyp eines Hamsterkorbes, in dem das Tier bei seinen Ausläufen im Hamsterrad dafür sorgt, daß ein Shredder angetrieben wird. In diesen passen wiederum handelsübliche Briefbögen, die dann zerschreddert auf dem Boden des Hamsterkäfigs landen, wo sie gleich als Ersatz-Streu dienen können.

Weitaus ernster gehen Wissenschaftler am Georgia Institute of Technology an die Sache heran. Im Februar 2009 können sie erstmals demonstrieren, daß sich ein kleiner Nanogenerator durch irreguläre biologische Bewegungen mit geringem Energiegehalt betreiben läßt – etwa durch einen Hamster, der herumläuft und sich kratzt. Ausgenutzt wird dabei der piezoelektrische Effekt – mehr dazu im nachfolgenden Kapitel Micro Energy Harvesting.

Weihnachten 2007 wird in Japan noch ein weiteres Tier zur Energieerzeugung eingespannt: Ein Zitteraal liefert im Aqua Toto Gifu Aquarium den Strom für die Weihnachtsbaum-Beleuchtung. Jedes Mal, wenn der Fisch einen in seinem Becken befindlichen Kupferdraht berührt, leuchten die Lämpchen auf.

Es ist nur logisch, daß man sich inzwischen ernsthaft mit der Methode befaßt, wie lebendige Zellen Strom erzeugen. Zitteraale können den Output tausender spezialisierter Zellen so bündeln, daß ein Potential von bis zu 600 Volt entsteht.

Wissenschaftler der Yale University und des National Institute of Standards and Technology arbeiten 2008 daran, diese zellulären Mechanismen nachzuahmen und zu optimieren. Sie gehen davon aus, daß ein Stapel künstlicher Zellen von 4 mm3 eine dauernde Leistung von etwa 300 Mikrowatt abgeben kann, was z.B. ausreichen würde um kleine Implantate oder Nanomaschinen zu versorgen.

Daß lebendige Zellen auch Wärme erzeugen, ist ein weiteres Interessenfeld. Doch hier betreten wir schon das neue und äußerst zukunftsträchtige Gebiet der Nutzung diverser Energien der Umwelt im Kleinstformat, dem bereits mehrfach erwähnten Micro Energy Harvesting, dem ich ein gesondertes Kapitel widme. Dort geht es um die Umwandlung von Vibrationen und Schall, von Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschieden und vielem mehr…

Und das, was uns Menschen vermutlich von den Tieren unterscheidet, ist auch eine Form Erneuerbarer Energie – nämlich die geistige Energie. Eigentlich gehörte ihr noch vor der Muskelkraft ein ganzes Kapitel gewidmet – denken wir nur einmal an die Tumo-Energie des Fernen Ostens, mit der erfahrene Mönche auf rein geistiger Ebene den Schnee um sich herum zum Schmelzen bringen können… oder sogar selbst levitieren.