Organische Elektronik für Wearables Aus Hardware wird Easywear

Die nächste Wearable-Generation

Wenn sich Sensoren und Displays an die Körperform anpassen lassen, sind sie eventuell so komfortabel zu tragen, dass der Benutzer sie nicht mehr bemerkt - sozusagen ein "unawareable". Sobald dies erreicht ist, ergeben sich neue Einsatzorte und Verwendungszwecke von Wearables. Und auch dort, wo Arbeiter heute schon mit Wearables in ihrer Tätigkeit unterstützt werden, kann sich der Unterstützungsgrad weiter erhöhen.

Steigerung der Produktivität

In Arbeitsumgebungen wie z.B. Lagern, in denen das Personal stets aktuelle Daten benötigt, um seine Aufgaben erfüllen zu können, sind derzeit zwei Vorgehensweisen üblich: entweder man gibt den Beschäftigten gedruckte Arbeitsanweisungen in die Hand oder stattet sie mit Tablets aus, die diese Informationen enthalten. In vielen Fällen hat das Personal dadurch eine Hand nicht mehr frei. Hier sind Wearables die folgerichtige Lösung, jedoch ist die Anzeigefläche bei einem Glas-Display zu klein, um einen sinnvollen Umfang an Informationen wiederzugeben. Vergrößert man das Display, wird das Gerät wegen der flachen Form und des Gewichts des Displays jedoch bereits unhandlich. Mit organischer Elektronik sind große Displays möglich, die am Handgelenk getragen werden können (Bild 3) und beide Hände sind für das Erledigen der jeweiligen Arbeit frei.

Arbeitsschutz

Die fortlaufende Überwachung auf das Vorhandensein gefährlicher Gase oder auf die Exposition gegenüber zu viel Sonnenlicht oder Chemikalien sowie die Sicherstellung, dass es einer Person gutgeht und dass sie sich bewegt, hat zweifellos Vorteile. Das gilt sowohl für die einzelnen Beschäftigten als auch für den Arbeitgeber. Die hierfür benötigten Sensoren gibt es bereits, sie werden allerdings aufgrund des Preises oft nur bei besonders gefährdeten Personen eingesetzt, einem kleinen Kreis des Personals einer Ölbohrplattform zum Beispiel. Wenn es gelingt, diese Sensoren leichter tragbar zu machen, indem man sie in einer Smartcard oder einem Armband unterbringt oder sogar in die Kleidung integriert, ist das Mitführen dieser Messwertaufnehmer für die betreffenden Personen in keiner Weise mehr umständlich, sodass eine noch engmaschigere Überwachung möglich ist. Sobald sich diese Sensoren unauffällig und einfach tragen lassen, können sie außerdem noch verbreiteter eingesetzt werden - auch außerhalb des industriellen Bereichs.

Kohlenmonoxid-Sensoren in privaten Gebäuden zum Beispiel sind sperrig und werden in der Nähe der Heizungsanlage untergebracht. Eine Alternative wären flache, am Körper tragbare CO-Sensoren, die eine Person direkt mitführen kann, um etwaige Gefahren am Ort des Geschehens melden zu können.

Anwendungen im Gesundheitswesen

Der Gesundheitssektor ist zweifellos das umfangreichste und wirkungsvollste Anwendungsgebiet der Wearable-Elektronik. Mit organischer Elektronik lassen sich Sensor-Arrays so flach, leicht und flexibel machen, dass man sie auf die Haut applizieren und ständig tragen kann. Dies wiederum erlaubt die permanente Überwachung einer ganzen Palette von Vitalzeichen rund um die Uhr, sodass vorbeugende Handlungen empfohlen werden können, bevor sich ein Problem verschärft. Für die vorbeugende Behandlung von Diabetes-gefährdeten Personen bieten sich solche Sensoren an und auch für bestimmte, intermittierend auftretende Gesundheitsprobleme, die von Medizinern leicht übersehen werden, weil die Symptome (wie z.B. Herzrhythmusstörungen) unter Umständen nicht auftreten, während der Patient sich gerade beim Arzt befindet. Derartige Anzeichen könnten einerseits früher erfasst werden und es ständen andererseits sofort umfangreiche Datenmengen zur Verfügung, um die Schwere der Erkrankung vollständig zu diagnostizieren und die richtige Therapie festzulegen.

Auch Abseits der Wearables ergeben sich im Medizinbereich Anwendungsmöglichkeiten für organische Elektronik. In Bild 6 ist ein organischer Bildsensor gezeigt, der aus einer transmittiven oTFT-Matrix auf einem Kunststoff-Substrat und darauf aufgedruckten Fotodetektoren besteht. Er wird bereits in einigen Röntgengeräten eingesetzt, um die schwachen Lichtblitze zu detektieren, die von der Röntgenstrahlung im Szintillator erzeugt werden. Gegenüber den etablierten Fotodektoren auf einem Transistor-Array aus a-Si sind diese Bildsensoren leichter, günstiger in der Herstellung und haben geringere Leckströme, was sich positiv auf das Auflösungsvermögen auswirkt.

Ausblick

Flexible Displays und Sensoren auf der Basis organischer Elektronik sind ein großer Schritt auf dem Weg vom mitgeführten Wearable zum kaum mehr wahrgenommenen "Unawareable". Selbstverständlich werden für die Elektronik weitere Komponenten benötigt, die wie etwa Batterien oder Prozessoren heutzutage noch starr oder relativ schwer sind. Einige Unternehmen arbeiten jedoch bereits daran, auch diese Komponenten kleiner, extrem flach und flexibel zu machen. Energiequellen mit höherer Energiedichte, schnellere Ladetechniken und das Energy Harvesting werden allesamt dazu beitragen, das Laden von Wearables einfacher zu machen. Dennoch sind Verhaltensänderungen unumgänglich, um Wearables nachhaltig in den Alltag der Benutzer einzubinden. Die mit organischer Elektronik mögliche sprunghafte Steigerung des Nutzens von Wearables hat großen Anteil an der Überwindung dieser Hürde. Produktdesigner und Systemingenieure werden die genauen Anwendungsfälle dieser neuen Technik definieren.

Die Elektronik hat in den letzten 50 Jahren eine enorme Entwicklung durchgemacht - von großen, unbeweglichen Kästen (z.B. Fernsehgeräten) über portable Geräte wie den Walkman bis hin zu immer kleineren und leichteren Produkten. Wearables sind der logische nächste Schritt in der Einbindung von Elektronik in das Alltagsleben. Hinsichtlich der Integration wird dies beträchtliche technische Herausforderungen mit sich bringen, jedoch sind auch enorme Vorteile zu erwarten, wenn die daraus resultierende Technik zu einem inte­gra­len Bestandteil des täglichen Lebens und der Arbeitswelt wird.

 

Literatur

[1] Legder, D., McCaffrey, D.: Inside Wearables. Endeavour Partners LLC, 2014, S. 4 ff, endeavourpartners.net/assets/Endeavour-Partners-Wearables-and-the-Science-of-Human-Behavior-Change-Part-1-January-20141.pdf.

 

Der Autor

 

Paul Cain

ist Strategy Director bei Flex­Enable. Er arbeitet seit mehr als 15 Jahren im Bereich der flexiblen Displays und der organischen Elektronikindustrie, wo er technische Positionen und später das strategische Management übernommen hat. In seiner Laufbahn hat er verschiedene Display-Techniken vom Forschungsstatus zur Serienreife begleitet und hält 25 Patente über Fertigungstechniken für die industrielle Display-Produktion. Er hat einen PhD in Physik an der University of Cambridge und einen MBA an der London Business School erworben.