Gesundheits- und Fitness-Elektronik Den Körper überwachen

Allrounder Wearables und seine neuen Möglichkeiten.
Neue Möglichkeiten für Wearables.

Der Markt für Wearables wird in den nächsten Jahren stark zunehmen. Ob zur Überwachung der eigenen Fitness oder als ­Diagnosewerkzeug im medizinischen Bereich, es entstehen immer neue Anwendungen. Ein Überblick über die interessantesten neuen Möglichkeiten.

Die Pulsmessung ist eine der gefragtesten biometrischen Messungen, die sich Anwender heute wünschen – von Athleten, die ihre sportliche Leistung verbessern wollen, bis hin zu Menschen, die einen gesünderen, aktiveren Lebensstil führen wollen. Aber auch in medizinischen Anwendungen, zum Beispiel bei der Überwachung und Betreuung alter und kranker Menschen, wird die Pulsmessung immer wichtiger.

Handgelenk-Pulsmesser erfassen die Herzfrequenz auf bequeme Art und können inzwischen ebenso genau sein wie Pulsmesser mit Brustgurt. Die Mess­ergebnisse sind jedoch sehr unterschiedlich, und viele diese Pulsmesser sind teuer und haben eine hohe Stromaufnahme, was die Batterielebensdauer verringert. Der komplexe Einfluss von Bewegungen sorgt dafür, dass Handgelenk-Pulsmesser zudem hohe Entwicklungsanforderungen mit sich bringen.

Silicon Labs stellt mit dem Si1144 ein optisches Sensormodul für die Herzfrequenzmessung (HRM: Heart Rate Monitoring) vor, das die Kosten und Komplexität von Handgelenk-Pulsmessern verringern soll (Bild 1). Es umfasst eine stromsparende optische Sensorik, einen energieeffizienten Mikrocontroller EFM32 Gecko – auf dem der HRM-Algorithmus läuft, der unter anderem den Einfluss von Bewegungen ausgleichen kann –, eine grüne LED, LED-Treiber für bis zu zwei externe LEDs, einen A/D-Umsetzer und Steuerlogik. Die integrierte I²C-Schnittstelle ermöglicht die serielle Kommunikation mit einer Datenrate von bis zu 3,4 Mbit/s. Das Si1144 wird im 10-poligen, 4,9 × 2,85 × 1,2 mm³ großen LGA-Modulgehäuse ausgeliefert.

Doch der Puls ist nicht der einzige biologische Wert, der in modernen Wearables gemessen wird. Die Messung und Verarbeitung der vielen verschiedenen Messwerte benötigt bisher viele einzelne Komponenten. Um den Aufbau von Wearables zu vereinfachen, hat Samsung einen Bio-Prozessor (Bild 2) entwickelt, der der industrieweit erste „All in One“-Chip für Gesundheitsapplikationen ist. Da der Bio-Prozessor neben analogen Sensorschnittstellen auch einen Mikrocontroller, ein Power Management sowie einen digitalen Signalprozessor (DSP) und Flash-Speicher enthält, kann er gemessene Biosignale ohne umfangreiche externe Komponenten verarbeiten. Im Vergleich zu einer mit diskreten Bauteilen realisierten Schaltung benötigt der Bio-Prozessor dabei nur etwa ein Viertel so viel Platz.

Samsung hat den Bio-Prozessor mit fünf analogen Eingänge ausgestattet, für bioelektrische Impedanzanalyse (BIA), Photoplethysmogramm (PPG), EKG, Hauttemperatur und GSR (Galvanic Skin Response). Dadurch kann der Bio-Prozessor Werte für Körperfett und Muskelmasse sowie Herzfrequenz, Herzrhythmus, Hauttemperatur und Belastungspegel (Stress Level) ermitteln. Darüber hinaus lassen sich auch Kombinationen dieser Fitness-Eingaben für neue Anwendungsfälle heranziehen.