Permanenter Gesundheits-Check im Auto

Drei Technologien für Systeme beyond wearables

Imec entwickelt derzeit drei Sensor-Technologien, die über die am Körper getragenen Wearables hinausgehen und eine neue Ära des kontaktlosen Health Tracking - beyond wearables genannt – ermöglichen: kapazitiv, Radar und hyperspektral.

Kapazitive Sensoren

Imec-Forscher haben kapazitive Sensoren in einen Bürostuhl und in einen Autositz integriert, um EKG-Messungen an einer Person durch die Kleidung hindurch zu absolvieren. Das Prinzip ist nicht neu, aber die Technologie wurde bisher noch nicht in praktischen Applikationen eingesetzt. Denn die Qualität der Messungen lässt stark nach, wenn sich die betreffende Person in ihrem Sessel bewegt, oder wenn das Fahrzeug eine holprige Straße befährt. Deshalb steht die Zuverlässigkeit der Messung als maßgebende Variable im Vordergrund der Entwicklung, um Anwendungen in realen Alltagssituationen zu unterstützen.

Die Lösung liegt im Einsatz smarter Algorithmen. Smarte Algorithmen ermöglichen die laufende Anpassung des Systems an die Umgebung oder kompensieren die Variationen der Messergebnisse, wenn sich die Person bewegt, oder wenn andere Artefakte detektiert werden. Das macht die Messung erheblich zuverlässiger. Außerdem kann man mit solchen Algorithmen das System adaptiv auslegen. Bei guten Betriebsbedingungen wird ein EKG-Signal mit medizinisch optimaler Feinheit aufgezeichnet.

Wenn die Umgebungsbedingungen schlechter sind, schalten die Sensoren auf einen robusten Betriebsmodus um und geben mehr oder weniger nur Übersichtsmeldungen ab. Dabei kann man immer noch die Herzfrequenz messen, aber eine aussagekräftige EKG-Kurve ist nicht mehr darstellbar. Diese variable Messqualität geht als Faktor in den Messablauf ein und wird zusätzlich übermittelt.

Wenn das System auf der Fahrt zur Arbeitsstelle über 15 Minuten nur pauschale Messungen durchführen kann und über 45 Minuten gute Ergebnisse erzielt, erhält man immer noch ein gutes Ergebnis, wenn man diese Gegebenheiten im Gesamtergebnis berücksichtigt. Das steht im Gegensatz zu den heutigen Fitness-Trackern, die eine kontinuierliche Messung etwa der Herzfrequenz vornehmen, ohne eine Bewertung der Zuverlässigkeit ihrer Messungen.

Radarsensoren

Imec setzt eine CMOS-Technologie zum Bau von kompakten und preisgünstigen Radarmodulen ein. Beispielsweise wird Imecs 79-GHz Radarmodul in der Car-to-Car-Kommunikation eingesetzt. Diese Radartechnik lässt sich auch zur Messung der Herz- und Atmungsfrequenz der Fahrer verwenden. Entsprechende Radarsysteme sind am Markt verfügbar. Doch sie können diese Parameter nur an ruhenden Personen bestimmen. Die Imec-Forscher wollen hier einen Schritt weitergehen. Sie wollen Messungen an Personen durchführen, die sich innerhalb eines Raums frei bewegen. Auch dabei muss man die Variationen in der Qualität der Messdaten in das Endergebnis einbeziehen.

Der Stand der Entwicklung bei Imec ist der Einsatz eines Radarsystems im Bereich 5-7 GHz zur Messung der Herz- und Atmungsfrequenz von zwei Versuchspersonen innerhalb eines Raums, bei einem Messabstand von 2 Metern. Wie bei den kapazitiven Messsystemen werden auch hier smarte Algorithmen eingesetzt, um das Problem der Zuverlässigkeitsvariationen anzugehen, so dass diese kein Hindernis für den praktischen Einsatz sind.

Das bei diesem Experiment eingesetzte Radarsystem ist allerdings noch recht klobig. Es dient lediglich als Demonstrator des Prinzips. Bei späteren Einsätzen in der Praxis muss ein wesentlich kompakteres Radarsystem verwendet werden, das sich unauffällig in eine Büroumgebung oder in das Dashboard eines Autos integrieren lässt. Dabei reicht ein Radarmodul pro Raum aus, um Messungen von mehreren Personen aufzunehmen.

Parallel dazu arbeiten die Forscher in der Radargruppe an einem neuen Radartyp, der bei 140 GHz arbeitet. Dieses System ist sehr kompakt, da die Antennen sehr klein sind und das gesamte System auf nur einem Chip integriert ist. Dieser Typ von Radar ermöglicht auch die Bestimmung der Entfernung und der Richtung, in der sich eine Person in Bezug auf das Radarsystem bewegt. Damit werden die Messungen an mehreren Personen in demselben Raum noch wesentlich genauer.

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