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Projektziele

Im Projekt wird ein modulares Sensorsystem für die Zustandsüberwachung von Patienten entwickelt. Mittels eingebetteter Mikrosensoren, wie an der HTW Berlin entwickelte Si-Drucksensoren, werden Vitaldaten am Körper erfasst und ausgewertet. Ein an der Beuth Hochschule eigens programmiertes low-power Protokoll auf Basis der Funklösungen der ELDAT GmbH verschickt die Körperdaten drahtlos an Endanwender wie Pflegekräfte oder Ärzte. Mit eingebautem Energy Harvester und aufladbarer Mikrobatterie des Fraunhofer IZM soll das Sensornetzwerk langfristig autark mit Energie versorgt werden.

Methodisches Vorgehen

Unter Berücksichtigung der Aspekte Energiegewinnung am Körper, Low-Power-Elektronik, Funkreichweite, Energiespeicherung und Sensorik wurden mehrere Konzepte erstellt und deren Energiebilanz verglichen. Die Systemintegration in eine Schuheinlage bietet neben ausreichendem Platz für die elektronischen Komponenten die Möglichkeit der Energiegewinnung aus der Bewegungsenergie und eine einfache und unsichtbare Anbringung am Körper. Schritt für Schritt werden die einzelnen zu entwickelnden Komponenten zum Sensornetzwerk hinzugefügt und in neue Prototypen integriert.

Ergebnisse

Als Demonstrator wurde das tragbare Sensornetzwerk, bestehend aus einem Lage-, Beschleunigungs-, Temperatur- und Drucksensor und einem Mikrocontroller mit Bluetooth-Modul, auf einer flexiblen Leiterplatte aufgebaut. Zunächst betrieben über eine Knopfzelle und mit Silikon verkapselt, kann die smarte Schuheinlage die Temperatur und Schrittzahl des Anwenders messen. Anhand der Beschleunigungswerte und der Lage wird eine Sturzdetektion programmiert. In einem weiteren Schritt wurde das Sensorsystem mit einer Piezokeramik kombiniert, um Energie aus der Bewegungsenergie zu gewinnen und in Kondensatoren zu speichern. Sind diese aufgeladen, werden die Sensordaten ausgelesen und an ein externes Endgerät gefunkt.

Ausblick

Um ein kontinuierliches Messen und Übertragen von Vitaldaten ohne laufendes Energy Harvesting zu ermöglichen, wird als Energiespeicher ein Mikroakku am Fraunhofer IZM entwickelt. Zusammen mit der Integration eines effizienten Energy-Harvester und Algorithmen zur Körperdatenanalyse werden telemedizinische Wearables wie die smarte Sensorschuheinlage in Zukunft ein wichtiges Assistenzsystem in der Heimpflege und Ambient Assisted Living unserer alternden, digitalisierten Gesellschaft darstellen.