US-Forscher von der University of Arizona haben mit 3D-Druck ein an den Körper des Menschen individuell anpassbares Wearable entwickelt, das sein Strom aus einem Funksystem bezieht und zusätzlich über ein Energiespeicher verfügt und somit nie aufgeladen werden muss. Die Arbeit zu ihrem 3D-gedruckten Wearable, das vor allem in der medizinischen Beobachtung und Diagnostik zum Einsatz kommen kann, haben die Forscher jetzt in einem Artikel vorgestellt.

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Tragbare Sensoren erfreuen sich großer Beliebtheit. Ob Schritt, Puls, Herzfrequenz – es gibt vieles was sich damit messen lässt. Ingenieure der University of Arizona haben jetzt eine Art Wearable vorgestellt, die sie als „biosymbiotisches Gerät“ bezeichnen. Das 3D-druckbare Gerät basiert auf Körperscans der Träger und kann mit einer Kombination aus drahtloser Energieübertragung und kompakter Energiespeicherung kontinuierlich betrieben werden.

Die Ergebnisse ihrer Arbeit haben die Forscher rund um Philipp Gutruf, einem Assistenzprofessor für Biomedizintechnik, und Craig M. Berge in der Fachzeitschrift Science Advances in einem Artikel mit dem Titel „Biosymbiotic, personalized, and digitally manufactured wireless devices for indefinite collection of high-fidelity biosignals“ veröffentlicht. Im Februar haben wir eine Arbeit aus Asien vorgestellt, bei der Forscher ein Verfahren für den 3D-Druck tragbarer Sensoren mit eigener Stromversorgung präsentiert haben.

Philipp Gutruf von der University of Arizona erklärt:

„Wir führen ein völlig neues Konzept ein, ein Gerät direkt auf eine Person zuzuschneiden und drahtloses Power Casting zu verwenden, damit das Gerät rund um die Uhr betrieben werden kann, ohne jemals aufgeladen werden zu müssen.“

Details zur Arbeit

Aktuell tragbare Sensoren sind nur eingeschränkt einsetzbar. Smartwatches müssen aufgeladen werden und können nur begrenzte Datenmengen sammeln. Gutruf und sein Team verwenden 3D-Körperscans des Trägers, die mit MRTs, CTs und kombinierten Smartphone-Bildern entstehen. Mit diesen Daten können die Forscher maßgeschneiderte Geräte mit dem 3D-Drucker drucken, die sich um verschiedene Körperteile wickeln. Die atmungsaktiven, leichten Netzmanschetten können speziell für das bestimmte Körperteil hergestellt werden und mit Sensoren physiologische Parameter messen, wo es sonst bisher nicht möglich war.

Tucker Stuart, Doktorand in Biomedizintechnik und Erstautor des Papiers, erklärt:

„Wenn Sie zum Beispiel kontinuierlich etwas in der Nähe der Körperkerntemperatur haben möchten, möchten Sie den Sensor in der Achselhöhle platzieren. Oder wenn Sie messen möchten, wie sich Ihr Bizeps während des Trainings verformt, können wir einen Sensor in den Geräten platzieren das kann das erreichen. Aufgrund der Art und Weise, wie wir das Gerät herstellen und am Körper befestigen, können wir damit Daten sammeln, die ein herkömmliches tragbares Gerät am Handgelenk nicht erfassen könnte.“

3D-gedrucktes Wearable
Das 3D-gedruckte Wearable (im Bild am Oberarm und Unterarm) kann angepasst an jedes Körperteil gedruckt werden (Bild © Philipp Gutruf, University of Arizona).

Die sehr empfindlichen biosymbiotischen Geräte wurden auf ihre Fähigkeit getestet, Parameter wie Temperatur und Belastung zu überwachen, während eine Person sprang, auf einem Laufband ging und ein Rudergerät benutzte. Es zeigte sich, dass die Geräte genau genug waren, um Veränderungen der Körpertemperatur zu erkennen, die durch das Heraufgehen einer einzelnen Treppe verursacht wurden.

Das 3D-gedruckte Wearable kommt ohne Klebstoff aus und bezieht Strom von einem Funksystem mit einer Reichweite von mehreren Metern. Es enthält einen kleinen Energiespeicher, der auch dann funktioniert, wenn der Träger die Reichweite des Systems verlässt.

Gutruf ergänzt:

„Diese Geräte sind so konzipiert, dass sie keine Interaktion mit dem Träger erfordern. Es ist so einfach wie das Aufsetzen des Geräts. Dann vergisst man es und es macht seinen Job.“

Video zu dem neuartigen, 3D-gedruckten Wearable

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