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Ein früher Prototyp intelligenter Kleidung: Kleine, flexible Sensoren der ETH lassen sich in Kleider einweben. Diese messen rund um die Uhr die Herzfrequenz oder den Sauerstoffgehalt im Blut.  Bild: watson

Wearable Devices

Smarte Steaks, kluge Kontaktlinsen und sprechende Tattoos – die ETH ist dem nächsten Mega-Hype auf der Spur



«In drei bis fünf Jahren gibt es flexible, aufrollbare Displays», sagt Niko Münzenrieder. Der junge Physiker forscht an der ETH Zürich an flexibler Elektronik. Heute steht er vor einer besonders kniffligen Aufgabe. Er versucht zwei watson-Redaktoren zu erklären, woran er und seine Kollegen vom Wearable Computing Lab seit gut fünf Jahren arbeiten. Wie der Name erahnen lässt, geht es um Wearable Devices: kleine, am Körper getragene Hightech-Geräte, die mit Sensoren allerhand messen. Uns fällt spontan die Pulsuhr ein. Googles Cyberbrille oder Apples mysteriöse iWatch sind die neuen Vertreter intelligenter Wearables.  

Jenseits von Google Glass

Doch zurück ins Labor der ETH: Hier sucht man vergeblich nach smarten Uhren oder Cyberbrillen. Dafür erhaschen wir einen Blick in Sphären, die weit über Fitnessbänder fürs Armgelenk mit integrierten Schritt- oder Kalorienzählern hinausgehen.

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Unis und Tech-Konzerne forschen an Kontaktlinsen für Diabetiker. Bild: Google

Die ETH forscht an winzigen Sensoren und Transistoren, die dereinst in Lebensmitteln, auf der Haut oder gar in Kontaktlinsen arbeiten sollen. Auch die EPFL in Lausanne, Google und Microsoft experimentieren seit längerem an smarten Linsen, die automatisch den Augendruck oder Blutzuckerwert kontrollieren und bei Gefahr ein Medikament abgeben oder beim Arzt Alarm schlagen.  

Selbst eine winzige Kamera in der Kontaktlinse kann sich Münzenrieder von der ETH vorstellen: «Es wird nicht die komplette Technologie aus dem Smartphone in eine Linse gepackt, sondern beispielsweise die Kamera und Antenne, die das Bild an ein Empfangsgerät sendet.» Bis dahin ist es noch ein langer Weg, doch schon heute haben die Wearable-Forscher beeindruckende Resultate vorzuweisen.

In fünf Jahren weiss die Winterjacke, wann wir frieren

Münzenrieder hält uns ein Stück Stoff mit kleinen, eingewobenen Metallstreifen unter die Nase. «Damit hat vor fünf Jahren alles begonnen», sagt der Physiker. 

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ETH-Forscher haben eine Bandage erstellt, die den Sauerstoffgehalt im Blut direkt über den Hautkontakt misst. So könnten Sportler über längere Zeiträume ihre Fitness kontrollieren.  Bild: watson

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Ein Shirt aus den Anfängen der Wearable-Forschung: Wie macht man die mechanischen Teile so klein und flexibel, dass sie nicht stören, gleichzeitig aber robust bleiben? Und wie werden die Sensoren mit Strom versorgt? Bild: ETH Zürich

Das Wearable-Team der ETH tüftelt seit mehreren Jahren an flexiblen Sensoren auf hauchdünnen Plastikfolien. Die Folien mit den Miniatur-Sensoren sind biegbar, im Stoff verwoben und zumindest bei niedrigen Temperaturen waschbar. Eine von der ETH entwickelte Bandage (siehe Foto) misst bereits heute den Sauerstoffgehalt des Blutes. Denkbar wären auch Sensoren, die die Herzfrequenz überwachen. In einigen Jahren soll die Technologie in Alltagstextilien zum Einsatz kommen. 

Zugegeben: Physiker Münzenrieder hat uns das Ganze etwas genauer erklärt, aber bei den technischen Details müssen wir passen – war etwas gar kompliziert. Das Wichtige: Der ETH-Forscher glaubt, dass wir in fünf Jahren intelligente Kleidung in den Läden finden werden. Beispielsweise Winterjacken, die die Temperatur messen und entsprechend mehr oder weniger warm geben. Das heisst: Nie mehr frieren auf dem Sessellift! Wir tendieren dazu, an die schöne Zukunft zu glauben, doch die Erfahrung lehrt, dass es bis zum Durchbruch oft etwas länger dauert, als die Experten prognostizieren.  

Flexible ETH-Elektronik macht Kleider smart

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Das Handy ist schon smart, jetzt sollen es auch die Kleider werden: Kleine, biegbare Sensoren werden in einigen Jahren intelligente Textilien ermöglichen. YouTube/Watson Redaktion

Sensoren in Esswaren warnen vor verdorbenen Speisen 

Intelligente Textilien sind das eine, Mini-Sensoren im Auge oder auf der Haut das andere: Das Wearable-Computing-Team hat die flexible Folie für Textilien in den letzten Jahren zu einer hauchdünnen Membran mit elektronischen Schaltungen geschrumpft. Dieser Mini-Computer ist rund 50 Mal dünner als ein Haar und so fragil, dass die Membran in einem Wasserbehälter gelagert und nur mit einer Pinzette herausgefischt wird. 

Diese hauchdünne, flexible Membran mit kleinsten elektronischen Schaltungen könnte dereinst in Esswaren, auf der Haut oder in Kontaktlinsen integriert werden. Bild: watson

Für den Einsatz in Kleidern ist die extrem dünne, aber auch empfindliche Membran denkbar ungeeignet. Doch die ETH-Forscher haben bereits weitere Pläne: In einer etwas ferneren Zukunft sollen ihre flexiblen Sensoren beispielsweise in Lebensmittel integriert werden. Die miniaturisierte Elektronik ist bis dann problemlos essbar und löst sich im Magen auf.

Sensoren in Esswaren werden den Kühlschrank warnen, sobald das Haltbarkeitsdatum abgelaufen ist

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YouTube/Watson Redaktion

Ausgestattet mit Mini-Sensoren könnten Lebensmittel direkt mit dem smarten und vernetzten Kühlschrank kommunizieren. Konkret teilt der kluge Käse, das smarte Steak oder die intelligente Milch dem Kühlschrank mit, sobald sie abgelaufen sind. Möglich machen es die Sensoren auf der Membran, die schädliche Gase oder das abgelaufene Haltbarkeitsdatum registrieren. 

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Die hauchdünne Folie der ETH wird auf eine Kontaktlinse aufgetragen. Die in der Folie integrierten Sensoren können permanent den Augendruck überwachen. Doch noch fehlt die Stromversorgung. Bild: watson

Münzenrieder demonstriert uns, wie flexibel die hauchdünne Membran wirklich ist. Sie lässt sich problemlos auf eine Kontaktlinse auftragen. So könnte sie permanent den Augendruck oder den Blutzucker überwachen. Könnte. Denn ein Problem haben wir noch nicht angesprochen. 

Wie wird die winzige Elektronik mit Strom versorgt?  

Mit dieser Frage treffen wir den wunden Punkt der ETH-Forscher. Die Stromversorgung ist noch ungelöst. Es fallen Fachbegriffe wie Energy Harvesting und RFID – wir verzichten an dieser Stelle auf Details. Klar wird, dass die Stromversorgung über Mini-Solarzellen schwierig werden dürfte. Münzenrieder glaubt, dass die winzigen Sensoren im Auge oder auf der Haut über den Akku des Smartphones versorgt werden könnten. 

Mittels elektromagnetischer Wellen kann Energie von einem Smartphone oder einer Smartwach über kurze Distanzen übertragen werden – und sagen Sie jetzt bloss nicht, das hätten Sie nicht schon vor diesem Artikel gewusst. 

Technologie für Geheimagenten 

Nicht nur Universitäten, auch Technologie-Konzerne haben futuristische Ideen, wie ein Blick auf die Patente des Smartphone-Herstellers Motorola zeigt. Ein temporäres elektronisches Tattoo, das am Hals unter die Haut aufgeklebt wird, soll ein ultradünnes Mikrofon und den Lautsprecher direkt an den Körper bringen. Dies würde äusserst unauffälliges Telefonieren ermöglichen. Vermutlich tüftelt also auch die NSA an solchen Gadgets

Telefonieren mit elektronischen Tattoos auf der Haut 

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YouTube/Watson Redaktion

Apropos Geheimdienste: Mit Sensoren in Kleidern, auf der Haut oder in Kontaktlinsen geben wir noch viel mehr Daten von uns preis, als bereits heute mit der Nutzung des Internets und Smartphones. «Wenn uns jemand überwachen will, weiss er nicht nur, wo wir gerade sind, sondern auch, wie hoch der Puls ist», sagt Münzenrieder. 

Gerade medizinische Daten und Hinweise auf Krankheiten sind für die Wirtschaft von immensem Wert. Interessiert an sensiblen Daten aus Sensoren am Körper sind daher die üblichen Verdächtigen: Google, Apple, Facebook etc. Trotzdem glaubt der ETH-Physiker, dass die Vorteile, insbesondere im Gesundheits-Bereich, die Datenschutz-Bedenken überwiegen. Wearable Devices können bald nicht nur Schritte und Kalorien zählen, sondern Körperfunktionen überwachen und Leben retten. 

«Am Ende muss jeder selber wissen, ob er sich einen flexiblen Sensor auf die Haut kleben möchte oder nicht», sagt der Physiker. Die Frage bleibt, ob wir in zehn oder zwanzig Jahren noch die Wahl haben, darüber zu bestimmen, wo wir enden und wo die Maschine anfängt. 

Sensoren am Körper könnten uns Tag und Nacht ausspionieren – aber auch unser Leben retten

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YouTube/Watson Redaktion

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    Alle Leser-Kommentare
  • Stephan Locher 23.02.2014 17:15
    Highlight Highlight "Zugegeben: Physiker Münzenrieder hat uns das Ganze etwas genauer erklärt, aber bei den technischen Details müssen wir passen – war etwas gar kompliziert."

    Liebe watson Angestellte, wenn ihr das Interview schon auf Video aufzeichnet, so zeigt doch bitte diese komplizierteren Stellen in den Videoausschnitten und wiederholt dort nicht bloss die gerade im Artikel erwähnten Vereinfachungen.
    • Oliver Wietlisbach 23.02.2014 17:28
      Highlight Highlight Wir haben nicht das ganze Gespräch aufgezeichnet, sondern nur die in den Videos gezeigten Antworten. Die Details können Sie auf der Webseite der ETH nachlesen: http://www.wearable.ethz.ch/
  • ölbi 23.02.2014 14:58
    Highlight Highlight Und dann das ganze mit Facebook verlinken, damit der liebe Mark auch noch weiss, wie viel verdorbenes Essen in unseren Kühlschränken liegt.
  • romeoneum 23.02.2014 13:52
    Highlight Highlight Von wegen Energieübertragung vie Elektomagnetische Wellen, Tesla lässt grüssen.
  • Wolfsblut_2 23.02.2014 13:24
    Highlight Highlight Faszinierend und sicher vielversprechend, diese Entwicklungen aus der Forschung! Mich stimmen sie aber auch nachdenklich. Mutieren wir immer mehr zu Robotern, deren Technik ständig überwacht werden muss? Verlieren wir irgendwann ganz unsere Sinne, die uns sagen, was gut oder nicht gut für uns ist?
    • romeoneum 23.02.2014 13:55
      Highlight Highlight Liegt ganz an uns selbst, denn diese neuen Erungenschaften sind nur ein gute Hilfmittel und deren Einsatz bestimmen wir selbst.
      Gruss Romeo

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