Diese Wearables funktionieren ohne Mobilfunknetz
US-Forschende haben ein neues System zur Datenübertragung von Wearables entwickelt. Es könnte die tragbaren Geräte auch für Gegenden mit schlechtem Mobilfunknetz nutzbar machen und ihnen einen entscheidenden Vorteil für die Gesundheitsversorgung verschaffen.
Das Wearable soll am Unterarm getragen werden. Ein finales Design fehlt natürlich noch.
Foto: Max Farley and Tucker Stuart
Wearables sind stark im Kommen und Fachleute sagen voraus, dass ihnen künstliche Intelligenz (KI) in den nächsten Jahren weiteren Aufschwung verleiht. Schon jetzt werden die kleinen, tragbaren Geräte erfolgreich eingesetzt, um beispielsweise regelmäßig Blutdruckdaten oder Herzströme zu messen und gegebenenfalls ein Warnsignal abzusetzen. Das regelmäßige Monitoring ist ein offensichtlicher Vorteil zur Prävention sowie bei chronischen Erkrankungen. Viel Hoffnung liegt daher auf den Wearables. Denn gerade in Gegenden, wo sich der Mangel an Fachärzten und Fachärztinnen voraussichtlich verstärken wird, könnten sie eine wichtige Rolle spielen und beispielsweise Daten direkt an die Praxis senden. Das setzt allerdings eine funktionierende Mobilfunkverbindung voraus, und die ist gerade dort oftmals nicht gewährleistet, wo die Wearables am wichtigsten wären – in ländlichen Regionen.
Eine Entwicklung der University of Arizona könnte nun Abhilfe schaffen. Die Forschenden haben ein neues System für tragbare Überwachungsgeräte vorgestellt, das Gesundheitsdaten bis zu 15 Meilen weit senden kann. Das sind mehr als 24 Kilometer. Damit übersteigt die Reichweite Wi-Fi- und Bluetooth-Systeme erheblich – und das ohne nennenswerte Infrastruktur.
Wearable hat größere Reichweite als Wi-Fi und Bluetooth
Nach Aussage von Philipp Gutruf, Assistenzprofessor für biomedizinische Technik in Arizona, war es die COVID-19-Pandemie, die den Blick auf das globale Gesundheitssystems gelenkt hat, sowie auf die Notwendigkeit einer genauen, schnellen und robusten Fernüberwachung von Patienten und Patientinnen.
Nicht-invasive, tragbare Geräte benötigen derzeit das Internet, damit Ärzte und Ärztinnen auf Patientendaten zugreifen können. „Diese internetbasierten Kommunikationsprotokolle sind effektiv und gut entwickelt, aber sie erfordern eine Mobilfunk- oder Internetverbindung und eine Hauptstromquelle“, sagt Gutruf, der auch Mitglied des BIO5-Instituts der University of Arizona ist. Diese Anforderungen führten oft dazu, dass Personen in abgelegenen oder ressourcenbeschränkten Umgebungen unterversorgt sind.
Das Team um Gutruf hat daher einen anderen Ansatz gewählt: ein Low-Power-Wide-Area-Network (LPWAN), das eine 2.400-mal größere Reichweite als Wi-Fi und eine 533-mal größere Reichweite im Vergleich zu Bluetooth bietet.
Technik ist ins Material des Wearables integriert
Neben der Implementierung dieses Protokolls entwickelten die Forschenden Schaltkreise und eine Antenne im Miniaturformat – bei den üblichen LoRa-fähigen Geräten wird dafür ein großer Kasten benötigt. Bei den neuartigen Wearables ist diese Technik jedoch direkt in das Material eingearbeitet. Seine elektromagnetischen, elektronischen und mechanischen Eigenschaften reichen dennoch aus, Daten über eine große Entfernung an den Empfänger zu senden. Zusätzlich kann die Batterie über eine Entfernung von zwei Metern zum nächsten Stromanschluss aufgeladen werden, was ein kleiner Pluspunkt für den Komfort bedeutet.
Gutruf bezeichnet das weiche Netzgewebe als biosymbiotisch. Es wird individuell im 3D-Drucker gefertigt, um sich dem Benutzer anzupassen. Das Wearable ist dafür gedacht, am unteren Unterarm getragen zu werden und kann dort auch beim Sport verbleiben.
Reichweite der Wearables soll weiter ausgebaut werden
Im nächsten Schritt ist eine weitere Verbesserung und Vergrößerung der Kommunikationsdistanzen geplant. Das wollen die Forschenden erreichen, indem sie LoRa-Wireless-Area-Network-Gateways implementieren, die Hunderte von Quadratkilometern und Hunderte von Gerätebenutzern versorgen könnten, wobei nur eine kleine Anzahl von Verbindungspunkten benötigt würde.
Gutruf ist überzeugt, dass dieses innovative tragbare Gerät und sein Kommunikationssystem das Potenzial haben, die Fernüberwachung in unterversorgten ländlichen Gemeinden zu unterstützen, hochauflösende Aufnahmen in Kriegsgebieten zu gewährleisten und die Gesundheit in belebten Städten zu überwachen. Sein langfristiges Ziel lautet, diese Technologie den Gemeinden mit dem größten Bedarf zur Verfügung zu stellen.
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