Schlaue Pflaster und smarte Textilien

»Wearables fordern die gesamte Branche heraus«

12. April 2017, 14:36 Uhr | Karin Zühlke

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Wearables brauchen ein Ökosystem

Wearables sind keine eigenständigen Einzelprodukte, sondern Bestandteil eines integrierten Ökosystems aus Hardware, Software und Services und damit ein wichtiger Teil des Internets der Dinge. Elektronik spielt daher die entscheidende Rolle im Wearables-Markt. »Komponenten, die in den Kleinstcomputern zum Einsatz kommen, müssen zum Teil widersprüchlichen Anforderungen gerecht werden. So fordert die erstaunliche Funktionalität hohe Rechenleistung und entsprechend leistungsstarke Module – die aber gleichzeitig nur extrem wenig Strom verbrauchen dürfen. Auch kollidiert der Platzbedarf der vielen integrierten Komponenten mit ästhetischen Aspekten – oder schlicht mit dem verfügbaren Platzangebot. Die Miniaturisierung der elektronischen Bauteile ist daher ein wichtiger Schlüssel zum Wearables-Markt«, führt Markus Vogt aus.

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Markus Vogt, EBV»Zweifellos stellen Wearables nicht nur hohe Anforderungen an einige wenige Teilbereiche der Halbleiterindustrie, sondern fordern praktisch die gesamte Branche heraus.«
© EBV

Ein weiterer Schlüssel ist die Flexibilität: Mit der wachsenden Nachfrage nach miniaturisierten Komponenten bringen die Halbleiterproduzenten verstärkt Chips und Bauteile heraus, die auf die speziellen Anforderungen des Wearable-Marktes zugeschnitten sind. Sie vereinen viele Funktionen auf engstem Raum, etwa MEMS-Sensoren wie Beschleunigungsmesser, Gyroskope, digitale Kompasse, Trägheitsmodule, Mikrofone und Umweltsensoren für (Luft-)Druck, Temperatur, UV-Index und Feuchtigkeit.

Hinzu kommen Mikrocontroller zum Verarbeiten der Sensordaten, Flash-Module zum Speichern und Bluetooth Low Energy- und/oder WLAN-Controller für die drahtlose Konnektivität per Funk. Für die Anbindung wird in Zukunft verstärkt LPWAN zum Einsatz kommen: Sigfox, LoRa, EC GSM und LTE M ermöglichen direkte Verbindungen zum Netz mit weitaus weniger Stromverbrauch als traditionelle 2G/3G-Module.

Nicht zuletzt ermöglichen Kryptografiemodule das sichere Übertragen der sensiblen persönlichen Daten. Durch Hochintegration möglichst vieler dieser Funktionen auf nur einem Chip lässt sich die Zahl der Komponenten im Wearable reduzieren, sein elektronisches Design vereinfachen und letztlich die Größe verringern. Mit der Evolution der elektronischen Komponenten steigen Präzision und Rechenleistung, während gleichzeitig der Energieverbrauch sinkt.

»Letzteres ist besonders wichtig, denn eine weitere große Herausforderung ist die Energieversorgung der Produkte. Häufiges Aufladen ist lästig – doch geringe Batterielaufzeiten zwingen die Anwender bislang dazu. Derzeit dienen vornehmlich Batterien oder Akkus als Stromlieferant, die teilweise mit Photovoltaik-Modulen gespeist werden. Energy Harvesting, also das Gewinnen elektrischer Energie durch Bewegung, statische Aufladung, Temperaturunterschiede, Vibrationen oder Luftströmungen, ist ein wichtiger Trend, aber bislang nicht effizient genug, um ein Wearable allein zu versorgen«, so Vogt. »Im Kommen ist induktives Wireless Charging: Indem Anschlüsse für Ladekabel vermieden werden, lassen sich komplett versiegelte, wasserfeste Geräte bauen.«

Human-Wearable-Interface

Doch wie kommunizieren Anwender und Wearable eigentlich? »Hier gibt es unterschiedliche Ansätze, die je nach Applikation mehr oder weniger gut geeignet sind«, erläutert Vogt: »Als optische Schnittstelle kommen OLED-Displays in Betracht: Die organischen Leuchtdioden lassen sich auf flexiblem Substrat aufbringen und sind sehr energieeffizient, zumal sie ohne Hintergrundbeleuchtung auskommen. Roll- und faltbare Anzeigen werden voraussichtlich ab 2018 verfügbar sein. Auch die von E-Readern bekannte elektronische Tinte ist geeignet: E-Ink-Anzeigen reflektieren einfallendes Licht wie Papier und zeigen Texte und Bilder dauerhaft an. Energie wird nur zum Wechseln der Seiteninhalte benötigt. Noch nicht marktreif sind projizierte Touch-Displays.«

Alternativ oder unterstützend zu den optischen Schnittstellen können Hearables rein akustisch mit dem Anwender kommunizieren. Wichtiger Vorteil: Die Unterstützung erfolgt diskret, ohne ihn abzulenken. Diese Technik kommt bereits im weltweit ersten Ohrencomputer zum Einsatz, dem Dash des deutschen Start-Ups und EBV Kunden Bragi.

Zu den ebenfalls durch Wearable-Applikationen befeuerten Trends zählt laut Vogt flexible, gedruckte Elektronik. 3D-formbare elektronische Bauteile lassen sich in Textilien integrieren und erschließen ganz neue Anwendungen für Sensoren, OLED, Solar-Paneelen oder Displays. Und LED-Module in Chip-Größe erlauben neue Designs in der Bekleidung, die zum Beispiel die Sichtbarkeit des Trägers im Dunkeln verbessern.
 


  1. »Wearables fordern die gesamte Branche heraus«
  2. Wearables brauchen ein Ökosystem
  3. Schneller Markt, hoher Wettbewerbsdruck

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