Intelligente tragbare Elektronik, die nie wieder aufgeladen werden muss
Intelligente Uhren und Fitnesstracker sind bereits weit verbreitet, aber die Entwicklung anderer tragbarer Elektronikgeräte, die Echtzeitdaten nutzen und drahtlos kommunizieren können, beispielsweise in den Bereichen Gesundheit und Sport, könnte durch die Lebensdauer der Batterien begrenzt werden. „Die Energieversorgung von tragbaren Geräten ist vermutlich die größte Herausforderung unter den technologischen Engpässen“, erklärt Smart2Go Projektkoordinator Matthias Fahland, Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden, Deutschland. Eine autonome Plattform für die Energieversorgung macht das Aufladen überflüssig. „Im Rahmen des Projekts wurde ein Energiespeicher – im Grunde eine Lithium-Ionen-Batterie – als biegsames, leichtes, ultradünnes Band entwickelt, das sich an die Form und die Anforderungen des tragbaren Produkts anpassen kann“, erklärt er. Es ist über spezielle Schnittstellen, Anschlüsse und Sensoren wie Piezosensoren, die Druck-, Beschleunigungs- und Temperaturveränderungen messen, oder Lichtsensoren und -technologien mit einem Energiegewinnungsgerät und energiespeichernden Superkondensatoren verbunden“, sagt er. „Darüber hinaus verfügt es über eine Kommunikationseinheit, die es ermöglicht, nicht nur den Energiefluss, sondern auch alle mit der Anwendung verbundenen Daten zu überwachen“, fügt er hinzu.
Getestete Anwendungen
Die Plattform wurde mit zwei verschiedenen, von den Partnern des Konsortiums entwickelten Produkten erprobt. Darunter ein druckempfindlicher intelligenter Ski, der die Skikrümmung und die Skiauslenkung registriert, während er sich über den Schnee bewegt, wobei Sensoren und andere Methoden zur Messung von Veränderungen eingesetzt werden. Dies lieferte Informationen zur Leistung und Qualität der Kurven und bietet das Potenzial für eine Rückmeldung in Echtzeit zur Anpassung und Verletzungsanalyse. Getestet wurden auch eine intelligente Sicherheitsweste mit integrierter Beleuchtung und anderen Technologien für den Einsatz in extremen Umgebungen wie extremer Kälte, Schnee und Regen sowie ein intelligenter Rucksack für den Transport elektronischer Geräte mit Solarzellen auf der Oberseite und Verkabelung im Inneren des Rucksacks. Zu den weiteren potenziellen Anwendungsmöglichkeiten gehören intelligente medizinische Geräte, wie sie im Rahmen der EU-finanzierten Projekte WEARPLEX und SocketSense entwickelt werden, das lebenslange Überwachen von Wildtieren, intelligente Etiketten für Verpackungen und aktive Maschinenteile, die Fehlfunktionen in Echtzeit erkennen.
Eine flexible, aber genormte Plattform für unterschiedliche Anwendungen
Eine Besonderheit sei die Normung der Schnittstellen, sodass die Plattform an unterschiedliche Anwendungen und Produkte angepasst werden könne, erklärt Fahland. Sie wurde bewusst so konzipiert, dass sich einige Elemente leicht austauschen lassen, um Nischenprodukte oder neue Ansätze in der Entwicklung zu bedienen, die nur ein begrenztes Marktvolumen haben, aber eine nachhaltige und effektive Energieversorgung aus einer mobilen Quelle benötigen. Das war aber auch eine große Herausforderung. „Der Entwicklungsaufwand, um diese anpassbare Batterie in neue, völlig andere Anwendungen zu bringen, war nicht gerade gering“, erläutert Fahland. Er weist darauf hin, dass sich die Streifenbatterie nicht nur an jede beliebige Form und unterschiedliche Verkabelung, Anschlüsse und Layouts anpassen, sondern auch in jeder Anwendung gründlich erprobt werden müsse, um ihre Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Technologien zur Energiegewinnung
Auch die Art de Energiegewinnungsvorrichtung oder der Energiequelle kann gewechselt werden, was die Variabilität der Plattform noch weiter erhöht, merkt er an. Im Rahmen des Projekts wurde zur Energiegewinnung ein modernes organisches Photovoltaiksystem eines Konsortiumsmitglieds verwendet, bei dem es sich bereits um einen etablierten Hersteller handelte, der in der Lage war, den Wirkungsgrad der Solarzellen im Laufe des Projekts zu verbessern und verschiedene Zellformen herzustellen. Eine zweite Energiequelle, die sich in einem früheren Entwicklungsstadium befand, war ein thermoelektrisches System, das die Körperwärme nutzt, um Niederspannungsgeräte wie Sensoren und Temperaturüberwachungsgeräte in Kleidung und Ausrüstung zu betreiben. „Zu Beginn des Projekts war die technische Reife noch nicht so ausgeprägt. Dennoch ist es dem Partner gelungen, ein völlig flexibles Modul mit der Plattform zu verbinden“, sagt Fahland.
Schlüsselbegriffe
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