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14-03-2019 | Mechatronik | Im Fokus | Article

Mikrobatterien für Wearables

Authors:
Dr. Elena Winter, Dieter Beste

Ob auf dem Laufband oder beim Arzt: Geräte, die Gesundheitsdaten messen, sind längst im Alltag angekommen. Auch die Medizin profitiert davon. Forscher vom Fraunhofer IZM haben für die sogenannten Wearables nun flexible Mikrobatterien entwickelt.


Smartwatches oder Fitnessarmbänder sind mehr als ein kurzlebiger Fitnesstrend: Die Geräte sammeln Daten zu wichtigen Körperfunktionen im wahrsten Wortsinn hautnah, am Körper ihres Trägers. Sie werden daher auch unter den Begriff "Wearables" gefasst. Immer häufiger kommen sie auch in der Pflege und in der Medizin zum Einsatz. So ist das Blutdruckmessen längst auch mithilfe von Wearables möglich. Die gemessenen Blutdruckwerte lassen sich zum Beispiel per E-Mail direkt an den Hausarzt versenden. Mithilfe solcher nichtinvasiver Systeme ist eine Beurteilung des arteriellen Blutdrucks im Herzkreislaufsystem möglich und hohe Blutdruckwerte (Hypertonie) können erkannt werden. 

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Der Geschichte des Wearable Computing, dem Stand der Entwicklung und insbesondere den Möglichkeiten, Wearables für das Lernen zu nutzen, spürt Springer-Autor Christian Bürgy im "Handbuch Mobile Learning" nach. Wearables wird ein großes Wachstumspotenzial vorausgesagt: 2020 sollen sie nach Informationen des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM einen Marktwert von 72 Milliarden Euro erreicht haben. Die Systeme arbeiten mithilfe von Sensoren. Damit diese drahtlos mit Energie versorgt werden, sind flexible Batterien erforderlich. Diese können, zum Beispiel bei Langzeit-EKGs, einfach in die Kleidung integriert werden. 

Über die Mobile-Computing-Definition hinausgehend werden Wearable Computer am Körper getragen und können freihändig bedient werden, teilweise auch ohne Display. Diese Computer werden "nebenläufig" genutzt und unterstützen andere Tätigkeiten. Sie arbeiten im Hintergrund, um bei Bedarf verfügbar zu sein." Christian Bürgy, "Mobile Learning mit Wearables", Seite 148.

Hier hat nun das Fraunhofer IZM einen wichtigen Fortschritt gemacht und biegbare Mikrobatterien entwickelt. Die Herausforderung dabei war es, technische Parameter wie Langlebigkeit und Energiedichte mit Materialanforderungen wie Gewicht, Flexibilität und Größe zu kombinieren. Die Forscher haben hierzu ein intelligentes Armband aus Silikon entwickelt, das mit drei grün durchschimmernden Batterien ausgestattet ist. Mit einer Kapazität von 300 Milliamperestunden versorgen die Batterien das Armband mit Strom. Sie speichern eine Energie von 1,1 Wattstunden und verfügen über eine Selbstentladung von weniger als drei Prozent pro Jahr. "Die Energiedichte von sehr biegbaren Batterien ist schlecht – besser ist ein segmentiertes Konzept", erläutert Robert Hahn vom Fraunhofer IZM. Die Batterien, die das Institut entwickelt hat, sind daher zwischen den einzelnen Segmenten biegbar. So ist das Smart Band flexibel und verfügt nach Angaben von Fraunhofer gleichzeitig über mehr Energie als andere Armbänder auf dem Markt.

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