Dehnbare Schaltungen: Zukunft oder Vision?

Elektronik, die sich wie die menschliche Haut dehnen kann, könnte im Medizinbereich für vollkommen neue Anwendungen sorgen. Erste Entwicklungen versprechen großes Potenzial, auch wenn sich die Arbeiten noch im Forschungsstadium befinden.

Die meisten elektronischen Geräte sind heute starr aufgebaut oder bestenfalls mechanisch flexibel gestaltet. Künftige Anwendungen werden allerdings eine Aufbautechnik erfordern, die sowohl biegsam als auch dehnbar ist. Im Labor für Mikrosysteme TFCG, das mit dem Forschungszentrum IMEC eng verbunden ist, arbeiten Wissenschaftler in mehreren langfristigen Projekten an der Realisierung dehnbarer Schaltungen. »Die Forscher konnten bereits elastische Verbindungen realisieren, die sich auf die doppelte Länge ziehen lassen, ohne dabei ihre Leistungsfähigkeit zu verlieren«, erklärt Jan Vanfleteren, der für die Forschung von flexibler und dehnbarer (»ambienter«) Elektronik am Labor für Mikrosysteme TFCG verantwortlich ist.  Verbunden mit flexiblen Komponenten, ermöglichen es diese Verbindungen, neue und anwenderfreundliche Applikationen zu realisieren.

In einer nicht allzu fernen Zukunft, etwa ab 2010, könnte sich laut den  Wissenschaftlern intelligente, ambiente Elektronik durchsetzen.  »Diese wird aus eingebetteten, unauffälligen Bauteilen bestehen, die es den Trägern ermöglicht, sein normales Leben auf ungehinderte, natürliche Weise zu führen«, führt  Vanfleteren aus. Zu den möglichen neuen Anwendungen gehören beispielsweise in die Kleidung integrierte Sensoren, die unauffällig über der Haut des Trägers getragen oder sogar implantiert werden. Komponenten dieser Umgebung müssen jedoch sehr kompakt und leichtgewichtig sein. Weitere wichtige Voraussetzungen für den angenehmen Tragekomfort in der Kleidung oder auf der Haut sind, dass die Komponenten flexibel, dehnbar, biokompatibel, luftdurchlässig, wasserfest und waschbar sind.

Künftige Anwendungsgebiete wären beispielsweise Puls-Monitore in der Sportkleidung, Bandagen für die Sturzerkennung bei älteren Menschen sowie dehnbare Thermometer. Daneben haben die Forscher auch komplexere medizinische Anwendungen im Visier, wie intelligente Pflaster, implantierte Gehirnelektroden, die eine Behandlung von Epilepsie oder Depressionen unterstützen, und Blasen-Implantate zur Überwindung von Inkontinenz. »Viele dieser Anwendungen gibt es bereits in der einen oder anderen Form« sagt Jan Vanfleteren, »allerdings basieren sie auf starren Konstruktionen«. Die Geräte können sich nicht unter der Kleidung oder auf der Haut dehnen. Außerdem sind sie vor dem Waschen zu entfernen.

Maximaler Tragekomfort

»Alle Lösungen zur Integration komplexer Elektronik in Kleidung oder Haut mit maximalem Tragekomfort befinden sich im Forschungsstadium oder noch in einer visionären Phase«, beschreibt Vanfleteren den derzeitigen Stand der Entwicklungsarbeiten. Abgesehen von allen anderen Anforderungen, wie der Biokompatibilität, sind flexible und dehnbare Schaltungen für Elektronik und Sensoren unbedingte Voraussetzung für ambiente Elektronik. Die menschliche Haut oder das Gewebe kann sich schließlich bis zu 10 Prozent dehnen. Für maximalen Tragekomfort sollte eingebettete Elektronik in der Lage sein, dieser Bewegung zu folgen und dennoch weiter zu funktionieren.