August: Joel Joseph (KIT)

Joel Joseph erhielt den Helmholtz Promotionspreis 2024 für seine herausragende Forschungsarbeit während seiner Promotion am Karlsruher Institute für Technologie (KIT), die er letztes Jahr erfolgreich abschloss. Heute leitet er die Forschungsgruppe Thermomagnetische Mikroaktoren und Generatoren am Institut für Mikrostruktur Technologie. Im Interview spricht Joel Joseph über seine Arbeit und die Motivation die ihn antreibt.

Interview

Woran arbeitest du gerade?

Joel Joseph: Zusammen als Team konzipieren, entwerfen und fertigen wir Mikroaktuatoren und Mikroenergierückgewinnungsgeräte, die hauptsächlich auf dem thermomagnetischen Effekt und dem konventionellen Formgedächtniseffekt basieren. Wir haben einen Meilenstein von 50µW/cm² Leistung pro Fläche für unsere Mikroenergierückgewinnungsgeräte erreicht, die im resonanten Selbstaktualisierungsmodus arbeiten und vergleichbar mit mikrothermoelektrischen Geräten sind. Derzeit konzentrieren wir uns darauf, die Leistung dieser Generatoren durch die Integration neuer ferromagnetischer Materialien zu verbessern. Außerdem arbeiten wir an der Integration von piezoelektrischen und pyroelektrischen Dünnfilmen in die Geräte, um die Ausgangsspannung zu erhöhen. Ständige Fortschritte in der thermomagnetischen Energieerzeugung sind entscheidend, insbesondere bei der Erreichung einer resonanten Selbstaktualisierung bei nahezu Raumtemperatur. Dieser Durchbruch könnte zahlreiche potenzielle Anwendungen freisetzen, insbesondere im Gesundheitssektor und bei tragbaren intelligenten Geräten, und so zu einer nachhaltigeren und vernetzteren Zukunft beitragen.

Was treibt dich persönlich an?

Joel Joseph: Mit der steigenden Anzahl vernetzter Geräte wächst weltweit die Nachfrage nach selbstversorgenden Geräten, die Energie aus ihrer Umgebung gewinnen können. Diese Nachfrage ist besonders im Gesundheitssektor von Bedeutung, wo neue Geräte, insbesondere Sensoren, entwickelt werden, um die Gesundheitsüberwachung und das allgemeine Wohlbefinden zu verbessern. Diese Geräte sind jedoch oft durch das Fehlen einer nachhaltigen Energiequelle eingeschränkt. Meine Motivation ist es, zur Suche nach einer grünen und nachhaltigen Lösung für diese Herausforderung beizutragen.

Welche Herausforderungen siehst du für dich in der nächsten Zeit?

Joel Joseph: Obwohl die Energierückgewinnungsgeräte im Labormaßstab gut funktionieren, müssen mehrere Forschungsfragen beantwortet werden, um diese Technologie in die reale Anwendung zu überführen. Fragen wie: 

• Welche Maßnahmen müssen ergriffen werden, um die langfristige Stabilität und Haltbarkeit von thermomagnetischen Generatoren (TMGs) in praktischen Anwendungen sicherzustellen?
• Welche Überlegungen sind notwendig, um TMGs in bestehende Energiesysteme und Infrastrukturen zu integrieren?
• Wie vergleichen sich die Kosten der TMG-Technologie mit anderen Energierückgewinnungslösungen, insbesondere in Bezug auf die Leistung pro Kostenheit?
• Wie kann das in dieser Forschung gewonnene Fachwissen in Partnerschaften mit anderen Einrichtungen für eine breitere Umsetzung genutzt werden?

Die Beantwortung dieser Fragen wird dazu beitragen, die Lücke zwischen Forschungsergebnissen und praktischer Umsetzung in der Industrie zu schließen.

Was würdest du dir für deine Forschung in Zukunft wünschen?

Joel Joseph: Ich würde mir mehr Mitarbeitende wünschen, um Innovationen schneller voranzutreiben. Die Schaffung von Möglichkeiten für mehr Menschen, unserem Team beizutreten, würde uns helfen, die aktuellen Herausforderungen effizienter zu bewältigen. Aufgrund der interdisziplinären Natur unserer Arbeit benötigen wir eine breite Palette von Fachkenntnissen. Auf persönlicher Ebene wünsche ich mir, dass unsere Forschung in realen Anwendungen in Geräten umgesetzt wird, die einen greifbaren Einfluss auf das Leben der Menschen haben.

Wo siehst du deine Disziplin in 5-10 Jahren?

Joel Joseph: Ich erwarte, dass das Feld der Mikroenergierückgewinnung, insbesondere durch die Nutzung von Körperwärme zur Erzeugung nützlicher elektrischer Energie im kleinen Maßstab, einen erheblichen Einfluss auf die Akzeptanz tragbarer Geräte haben wird. Während batteriebetriebene tragbare Geräte bereits auf dem Markt sind, wäre die Versorgung dieser Geräte durch Körperwärme ein Wendepunkt. Diese Fähigkeit würde eine kontinuierliche Überwachung ermöglichen, was zur weit verbreiteten Akzeptanz dieser Geräte und zur Verbesserung der Frühdiagnose und Überwachung verschiedener Krankheiten führen würde.

ORCID: 0000-0002-2032-5174