Tragbare Elektronik steckt in Uhren, in Fitnessgeräten, in Kleidung mit Sensoren und in vielen anderen Dingen, die leicht, dünn und biegsam sein müssen. Konventionelle, auf Siliziumtechnologie basierende Elektronik stößt bei diesen Anforderungen jedoch an ihre Grenzen, da die entsprechenden Platinen starr sind. Organische halbleitende Materialien ermöglichen es dagegen, elektronische Bauelemente durch herkömmliche Druckverfahren wie Sieb- oder Offsetdruck auf flexible Folien aufzutragen. Dabei werden statt grafischer Druckfarbe leitende, halbleitende, dielektrische und isolierende Materialien in Schichten übereinandergedruckt. Heute lassen sich mit dieser Technologie bereits Schaltkreise mit bis zu 100 Transistoren wirtschaftlich herstellen.

Wearable-Markt ist eine Chance

Die gedruckte Elektronik ist zwar weit weniger leistungsfähig als die klassische Siliziumtechnologie, die Produktion jedoch deutlich billiger. „Flexible Elektronikkomponenten schaffen die Möglichkeit für komfortable und anpassbare tragbare Geräte, die sich nahtlos in den Alltag einfügen”, so Tony Sun, Analyst bei Lux Research. Das Marktforschungsinstitut hat anhand der angemeldeten Patente im Bereich Wearables und Printed Electronics untersucht, inwiefern der Trend zu tragbaren Geräten die flexible Elektronik befruchtet. Sun musste aber feststellen, das nur wenig Forschung im Bereich der gedruckten Elektronik auf die Wearable-Technologie abzielt: „Die fehlende Überlappung zwischen den Patenten zu gedruckter, flexibler und organischer Elektronik und denen zu Wearables weist auf die Notwendigkeit und Chance hin, diese Technologien speziell für tragbare elektronische Geräte zu entwickeln und anzuwenden.“ Heute werden im Bereich der Wearables zunehmend hybride Lösungen verwendet: Man vereint die Vorteile der gedruckten organischen Elektronik mit konventioneller Siliziumtechnik. Bei dem Armband der Firma Polyera beispielsweise, das komplett aus einem flexiblen Display besteht, wurde die Sensortechnik aus gedruckter Elektronik, die Prozessoren aber ganz klassisch aus Silizium gefertigt.

Nicht nur druckbar, sondern auch ­kompostierbar

Nachwuchsforscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) befürchten allerdings, dass gedruckte Elektronik den Wegwerftrend befördert, indem sie Herstellungskosten senkt und mit Einwegprodukten, wie intelligenten Pflastern, neue Märkte erschließt. Sie forschen daher an gedruckter Elektronik aus kompostierbaren Naturmaterialien – Halbleiter und Farbstoffe bestehen dabei aus Pflanzenextrakten oder Isolatoren aus Gelatine. „Diese sind zwar nicht so langlebig wie die anorganischen Alternativen, doch die Lebensdauer von Einwegelektronik überstehen sie schadlos“, sagt Dr. Gerado Hernandez-Sosa, Leiter der Nachwuchsforschergruppe Biolicht. Zudem könne man die Elektronik, sobald sie ausgedient hat, einfach in den Biomüll oder auf den Kompost werfen, wo sie wie eine Bananenschale verrottet.
Für gängige gedruckte ­Elektronik, etwa für organische Leuchtdioden (OLEDs), gilt dies bislang nicht, auch wenn der Name anderes impliziert. „Als ‚organisch‘ bezeichnen wir alle Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis. Über die Umweltverträglichkeit sagt der Begriff allein noch nichts aus“, erklärt Dr. Hernandez-Sosa. So sei beispielsweise die Trägerfolie von OLEDs – das Papieräquivalent für elektronische Tinten – aus dem gleichen Plastik wie herkömmliche Getränkeflaschen. Die Nachwuchsgruppe Biolicht verwendet hierfür nur Materialien, die in der Natur tatsächlich vorkommen. Als Trägerfolien eignen sich beispielsweise Speisestärke, Zellulose oder Chitin. Auf Metalle und Halbmetalle, wie Silizium, verzichten die Wissenschaftler fast vollständig. Der Vorteil von Plastik: Es ist biegsam, kostengünstig und lässt sich zu kilometerlangen Druckerfolien verarbeiten. Mit dieser Technologie wird es möglich, etwa Aufkleber mit einer elektronischen Ampel für das Haltbarkeitsdatum oder Pflaster mit eingebauten Sensoren, die den Heilungsprozess überwachen, im industriellen Maßstab herzustellen.

(Bildnachweis: Fotolia: Shawn Hempel)

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Tragbare elektronische Geräte haben schon eine lange Tradition in der Medizin – vom Hörgerät bis zum Herzschrittmacher. Sie wurden zwar noch nicht Wearable genannt, waren aber nichts anderes. Doch mit den Entwicklungen, die die Wearables für den Consumer-Bereich durchlaufen haben, eröffnen sich heute völlig neue Möglichkeiten für die Medizin. Dabei kommt die gesamte Palette von Wearables zum Einsatz – von der Sensormütze bis zur smarten Brille.

Sensorische Kleidung

Zum Beispiel hat Bioserenity eine spezielle Kleidung mit integrierter Elektronik für Menschen, die an epileptischen Anfällen leiden, entwickelt. Bislang ist die Untersuchung der Patienten immer eine große Herausforderung gewesen, denn häufig muss Monate gewartet werden, bis ein Termin bei einem Arzt frei ist. Zudem ist die Untersuchung mit den klassischen Geräten umständlich und relativ kompliziert. Der französische Hersteller hat daher ein Shirt und eine Mütze entwickelt, in die verschiedene Sensoren integriert sind. Sie überwachen Körperfunktionen wie Gehirnaktivität und Herzschlag und senden die Daten per Bluetooth an das Smartphone des Patienten. Von da aus werden sie in die Cloud des Hausarztes übertragen, der so den Status des Patienten von seiner Praxis aus in Echtzeit verfolgen und bei Anzeichen eines Notfalls schneller reagieren kann.

Mehr Grip

Nicht sensorisch, sondern aktorisch arbeitet der SEM Glove von Bioservo: Er spricht die fünf Prozent der Menschheit zwischen 16 und 84 an, die an einem geschwächten Handgriff leiden. Dazu sind Aktoren in einen Handschuh integriert. Sobald der Träger eine Bewegung beginnt, erkennen das Sensoren an den Fingerspitzen anhand winziger Druckveränderungen. Diese steuern entsprechend kleine Motoren an, die in der Manschette des Handschuhs untergebracht sind. Sie wiederum ziehen an künstlichen Sehnen, die in den Handschuh eingenäht sind, und unterstützen damit den intuitiven Greifreflex von Daumen, Ring- und Mittelfinger.

Airbag für die Hüfte

Hip Hope Technologies dagegen hat Senioren, die an Osteoporose leiden, als Zielgruppe entdeckt: Um im Falle eines Falles den Bruch des Hüftknochens zu vermeiden, hat das Unternehmen ein Wearable in Form eine Gürtels entwickelt. In den Gürtel integriert ist eine hochentwickelte Sturzdetektion, die aus einer Vielzahl von Sensoren und einer intelligenten Logik besteht. Erkennt das System einen bevorstehenden Aufprall mit dem Boden, aktiviert es zwei Airbags, die die Folgen des Sturzes radikal dämpfen. Gleichzeitig alarmiert das System vorher bestimmte Personen, verfügt zusätzlich über einen Notfallknopf, überwacht darauf folgende Bewegungen des Trägers und hilft mit einem GPS-System, den gestürzten schnell zu finden.

Durch die Haut sehen

Auch Smart Glasses bieten ein großes Potenzial in der Medizin. Eine der weltweit ersten kommerziell verfügbaren Anwendungen ist die Eyes-On Glasses von Evena Medical. Sie stellt ein Point-of-Care-Ultraschallsystem dar, mit dem Ärzte auch tiefer im Gewebe liegende Blutgefäße in Echtzeit sehen können. Dazu projiziert die Brille sowohl ein Infrarotlicht als auch Ultraschall auf die Haut des Patienten. Aus den Reflexionen generiert sie dann in Echtzeit eine anatomisch genaue Gefäßdarstellung – wobei die Hände ständig frei sind. So findet zum Beispiel eine Pflegekraft für eine Venenpunktur sehr schnell eine passende Vene, ohne mehrmals ansetzen zu müssen.

(Bildnachweis: Fotolia: Igor Serazetdinov)

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Während die Industrie noch forscht, hat die Landwirtschaft schon Tatsachen geschaffen: In Deutschland nutzt laut einer Umfrage des Branchenverbandes Bitkom bereits fast jeder fünfte Landwirtschaftsbetrieb Anwendungen, die dem Industrie-4.0-Umfeld zugeordnet werden können. Bei den großen Betrieben ab 100 Mitarbeitern ist es sogar jedes dritte Unternehmen.

Fieberthermometer im Ohr

Der Einsatz von Wearables bietet sich hierbei insbesondere in der Viehhaltung an. Mit ihnen lässt sich der Gesundheitszustand der Tiere kontinuierlich überwachen und so schon sehr früh erkennen, ob sich eine Erkrankung abzeichnet. Damit kann der Medikamentenbedarf reduziert und die Verbreitung von Krankheiten in der Herde oftmals vermieden werden. Ein einfaches Wearable für dieses Health-Monitoring ist zum Beispiel das System von TekVet: Hier trägt das Tier einen Ohr­clip, der über ein Thermometer konstant die Körpertemperatur misst. Ein kleiner Radiotransmitter überträgt die Daten des Sensors an solarbetriebene Receiver, die auf dem Hof oder der Weide verteilt aufgestellt sind. Diese Receiver sind mit dem hofeigenen Netzwerk verbunden. So stehen die Daten kontinuierlich für eine Analyse bereit.

Auch Kühe können SMS verschicken

Etwas komplexer ist die Lösung von Medria Technologies. Mit den Produkten Vel‘Phone und HeatPhone des französischen Spezialisten für Lösungen zur Echtzeitüberwachung erhält der Landwirt automatisch Nachricht, wenn die Kuh bald ein Kalb bekommen wird oder empfangsbereit ist. Spezielle Sensoren in einem Halsband messen die Vitaldaten der Kuh, erfassen ihre Aktivität und senden diese Informationen an einen Datensammler, der im Stall oder auf der Weide installiert wird. Der Datensammler sendet bei Auffälligkeiten mittels M2M-SIM-Karte über ein Mobilfunknetz eine entsprechende Information als SMS an den Bauern. Zusätzlich werden die gesammelten Daten alle 30 Minuten per Mobilfunk an einen Server übertragen und archiviert. Die gemessenen Daten sind nicht nur als SMS auf dem Handy verfügbar. Der Bauer kann die Vitaldaten seiner Kühe auch auf der Internetplattform „Daily Web Services“ nachvollziehen.
Ein im Körper getragenes Wearable ist dagegen die ­E-pill von Vital Herd: Die elektronische Tablette wird von der Kuh verschluckt und verbleibt den Rest ihres Lebens im Pansen. In dieser Zeit sendet sie kontinuierlich Daten via einer cloud-basierten Software an den Landwirt. Ähnlich wie Fitbit für den Menschen sammelt die E-pill Daten zu Körpertemperatur, Herzschlag, Respirationsrate, ph-Werte und andere Gesundheitsparameter und alarmiert den Bauern, wenn gesundheitliche Probleme bei einem Tier drohen.

Die GPS-Kuhglocke

Bei freilaufendem Vieh droht immer die Gefahr, dass die Tiere ausbrechen oder von Raubtieren gefressen werden. Übrigens eine Erfahrung, die Landwirte selbst in Europa seit der Rückkehr der Wölfe immer wieder machen müssen. Eine Lösung dieser Probleme kann die Wearable-Technologie bieten. So hat zum Beispiel eine südafrikanische Firma ein Halsband für Schafe entwickelt, das Lichtblitze und einen lauten Alarmton von sich gibt, wenn sich ein Raubtier nähert. Das Wearable erkennt die Nähe eines Räubers an dem veränderten Verhalten des Schafes.
Eine Schweizer Studie aus dem Jahr 2014 fand heraus, dass sich die traditionelle Kuhglocke nicht positiv auf die Gesundheit des Tieres auswirkt und empfahl stattdessen den Einsatz von GPS-Systemen. Inzwischen haben mehrere Firmen entsprechende GPS-Tracker für die Viehhaltung entwickelt, darunter zum Beispiel die israelische Firma Cattle Watch: Das Unternehmen hat eine ganze Palette an integrierten Lösungen rund um GPS-Sender aufgebaut. So überwachen die Halsbänder nicht nur die Vitalparameter und das Verhalten der Tiere, sondern nutzen das GPS-Signal, um zum Beispiel Viehdiebstahl zu erkennen. Auch virtuelle Zäune lassen sich damit einrichten, wobei die Bewegungsfreiheit der Tiere durch leichte Stromschläge eingeschränkt wird, sobald sie verbotenes Terrain betreten. Wenn kein Funknetz zur Verfügung steht, kann der Farmer auch eine Drohne losschicken, die die Daten über einen Receiver aus bis zu 200 Metern Höhe einsammelt und anschließend per Bluetooth auf das Smartphone überträgt.
Dies sind nur einige wenige Beispiele für die Vernetzung in der Landwirtschaft, die dennoch einen Blick in die Zukunft des Einsatzes von Wearables in der Viehhaltung erlauben.

(Bildnachweis: Fotolia: texturewall)

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Die Anforderungen an die Intralogistik von Produktion und Warenwirtschaft steigen, gleichzeitig bietet die fortschreitende Digitalisierung neue Ansätze. Leistungsfähige, effiziente Systeme und Verbesserungen beziehen in der Regel diese Entwicklung ein und nutzen die in immer größerer Menge anfallenden Daten mit intelligenten Lösungen.
Eine besondere Entwicklung bietet in dieser Hinsicht das Münchner Unternehmen Workaround. Der intelligente Handschuh ProGlove setzt am meistgenutzten „Werkzeug“ in der Industrie an: der menschlichen Hand. Arbeiten in Produktion, Herstellung und Logistik sollen mit dem intelligenten Handschuh schneller, sichererer und einfacher werden. Gleichzeitig sollen sowohl Effizienz als auch Qualität gesteigert werden.

Scannen per Handbewegung

Ausgestattet mit Motion Tracking und RFID gibt der Handschuh optische und haptische Rückmeldungen an den Träger, ob beispielsweise das richtige Werkzeug gewählt oder die Reihenfolge von Arbeitsschritten eingehalten wurde. Ausgerüstet mit einer Barcode-Scanner-Funktion, lassen sich diese Scanvorgänge in die natürliche Handbewegung des Werkers integrieren. Der Handschuh dokumentiert dabei sämtliche behandelten Waren, Werkzeuge und durchgeführten Handlungen. Zusätzlich können weitere Applikationen eingebettet werden wie etwa das Zutrittsmanagement für sicherheitssensible Bereiche. Durch das direkte Feedback an den Arbeiter werden Fehler vermieden. Insgesamt spart der Nutzer Zeit und verbessert seinen Arbeitsprozess durch die freihändigen Handlungsmöglichkeiten.

Nahtlose Integration in vorhandene Prozesse

Die Entwicklung von ProGlove folgt der Idee, dass sich tragbare Elektronik besonders dort gut etablieren lässt, wo sowieso schon Hilfsmittel eingesetzt werden. Die Leistung von Handschuhen als notwendige und schützende Hilfsmittel wird durch die Entwicklung letztlich „nur“ erweitert. Sie fügen sich mit hoher Akzeptanz nahtlos in bereits bestehende Prozesse ein, es müssen keine neuen Werkzeuge etabliert werden. Der Handschuh, der auf Intels Wearable-Entwicklermodul Edison basiert, steht bereits für Tests in Pilotprojekten zur Verfügung.

(Bildnachweis: ProGlove: Bernhard Huber)

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Kaum einem Smartphone-Besitzer dürfte bewusst sein, dass das Gerät, das er da in der Hosentasche mit sich herumträgt, mehr Rechenleistung hat, als ein PC sie vor einigen Jahren besaß. Telefonieren und SMS schreiben ist längst nicht mehr die Hauptaufgabe der intelligenten Telefone – heute senden, sammeln und verarbeiten sie eine Vielzahl von unterschiedlichen Daten, sind ständig mit dem Internet verbunden und mit anderen Geräten in Kontakt. In kompakter, tragbarer Form vereinen sie umfassende Sensorik, Kommunikationsfähigkeit und Rechen-Power und sind damit die verbreitetsten Wear­ables überhaupt – rund 1,48 Milliarden Smartphones wurden laut den Marktforschern von CCS Insight allein in 2015 weltweit verkauft. Darüber hinaus haben sie sich auch als die Schaltstelle für die Steuerung von anderen Wearables etabliert und dienen als „Gateway“ für die Übertragung der von Fitness-Trackern, Smartwatches und Co. generierten Daten ins Internet und die Cloud.

Freiheit für Wearables

Doch in 2016 könnte sich diese Partnerschaft lösen. „eSIM“ heißt das Zauberwort, das das Wearable vom Smartphone befreit. Diese „Embedded SIM“ soll die bisher übliche feste Bindung der SIM-Karte an einen einzelnen Netzbetreiber beenden, sie lässt sich per Funk auf einen neuen Anbieter umstellen. Waren die Wearables in 2015 noch per Bluetooth mit dem Handy in der Tasche verbunden, übernimmt in 2016 zunehmend eine eigene digitale SIM-Karte die Verbindung ins Internet. Dabei ist die eSIM so klein, dass sie sich perfekt in das Design des smarten Accessoires integrieren lässt. So ermöglicht beispielsweise die Gear S2 Smartwatch von Samsung ihren Trägern über eine eSIM-Karte eine sichere 3G-Verbindung mit Mobilfunknetzen. Sie können direkt vom Handgelenk aus Anrufe tätigen und Daten, E-Mails sowie Benachrichtigungen empfangen oder auf Apps zugreifen, ohne mit ihrem Smartphone verbunden sein zu müssen.

Auslaufmodell Smartphone?

Thad Starner, Wearable Pionier, Direktor der Contextual Computing Group am Georgia Institute of Technology und Technischer Leiter beim Googles Glass-Projekt, ist sich daher sicher, dass das Smartphone ein Auslaufmodell ist. „Es benötigt zu viel Aufmerksamkeit und wird sich deshalb nicht auf Dauer halten“, sagte Starner im Interview mit der Zeitschrift Technology Review. Laut Starner ist der Aufwand einfach zu hoch, um zum Beispiel eine WhatsApp-Mitteilung zu lesen: Smartphone aus der Tasche holen, entsprechende App öffnen, auf den Bildschirm schauen, anschließend wieder ausschalten und zurück in die Tasche stecken. Er meint, dass die Menschen in Zukunft ihre Informationen beiläufig erhalten möchten, zum Beispiel eingeblendet in eine Datenbrille. So müssten sie ihre momentane Tätigkeit nicht unterbrechen.

Smartphone und Wearable ergänzen sich

Ganz anders sieht das Brian Pitstick von Moor Insights & Strategy, einem global tätigen Technologie-Analyse- und Beratungsunternehmen. In seinem Blog schreibt er: „Wearables werden dem Smartphone Aufgaben abnehmen, da sie für bestimmte Situationen besser optimiert sind. Wie auch immer, sie werden nicht alles von dem ersetzen, was ein Smartphone kann.“ Er meint, das Attraktive an Wearables sei ihr elegantes Design, die einfache Interaktion, die höhere soziale Akzeptanz in gewissen Situationen und dass sie beim Tragen weniger zur Last fallen. Sobald man jedoch anfange, Funktionalitäten in sie einzubauen, die bisher das Smartphone erledige, würden sie genau diese Vorteile verlieren. Sein Rat an Wearable-Entwickler: „Wearable-Geräte sollten auf einen spezifischen Anwendungsfall fokussiert werden und man sollte der Versuchung widerstehen, jedes mögliche Feature einzubauen.“
Das Gleiche gilt aber auch andersherum: Mit der Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren können auch Smartphones Funktionen von Wearables übernehmen. So nutzt Nike den M7 Bewegungsprozessor von Apple im iPhone 5S, um über seine Move-App das Smartphone als Fitness-Tracker zu verwenden. Auch Fitbit hat eine ähnliche App angekündigt, die das iPhone in ein Fitbit-Tracking-Gerät verwandelt. Derartige Lösungen würden aber immer schnell an ihre Grenzen stoßen, so Pitstick, und daher nie spezifisch entwickelte Tracker für ernsthafte Sportler ersetzen können: „Während ein Smartphone als Bewegungs-Tracker fungieren könnte, ist es nicht so genau und kann nicht Werte wie Herzfrequenz, Hauttemperatur, Atemfrequenz und so weiter messen. Wearable-Geräte werden in der Lage sein, neue und ergänzende Daten zu liefern, die das Smartphone nicht bieten kann.“

(Bildnachweis: Shutterstock)

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Etwas über 21 Millionen Smartwatches wurden laut den Marktanalysten von IDC in 2015 weltweit verkauft, in 2016 soll die Zahl auf über 34 Millionen steigen. Damit ist die intelligente Armbanduhr eines der derzeit populärsten Wearables. Doch trotz der bereits beachtlichen Absatzzahlen – laut der Stiftung Warentest stecken die Mini-Computer fürs Handgelenk noch in den Kinderschuhen und taugen bisher nicht für die breite Masse. Sie testete im September 2015 zwölf Smart­watches zu Preisen von 140 bis 700 Euro. Es zeigen zwar alle Kurznachrichten, Mails oder Fitnessdaten, doch selbst bessere Uhren hatten laut der deutschen Prüforganisation ihre Macken. Ohne ein Smartphone konnten die meisten nicht viel und boten deshalb wenig Mehrwert. Zudem zeigten sich bei der Akkulaufzeit große Schwächen: Acht der zwölf getesteten Uhren hielten keine 24 Stunden durch.

Die Attraktivität wird wachsen

Doch mittlerweile kommen Uhren der nächsten Generation auf den Markt. Ramon Lamas, Research Manager bei IDC, ist sich daher sicher: „In kurzer Zeit haben sich Smartwatches von bloßen Erweiterungen des Smartphones zu tragbaren Computern entwickelt, die Kommunikation, Benachrichtigungen, Anwendungen und zahlreiche andere Funktionalitäten beherrschen. Die Smartwatch von heute sieht völlig anders aus als die Smartwatch der Zukunft. Mobilfunkanbindung, Gesundheitssensoren und nicht zu vergessen der explodierende Third-Party-­Anwendungs­markt werden das Spiel verändern und sowohl die Attraktivität als auch den Marktwert vorantreiben.“

Mit GPS über den Golfplatz

Ein Beispiel für eine derartige Multifunktionsuhr ist die Vivoactive von Garmin. Die GPS-Uhr kann zum Beispiel beim Laufen und Radfahren die Geschwindigkeit, die zurückgelegte Distanz und die Zeit messen sowie in Kombination mit einem Brustgurt die Herzfrequenz. Schwimmer können sich neben der Distanz auch die Armzüge anzeigen lassen, die sie für eine bestimmte Strecke benötigt haben. Beim Golfen liefert die Uhr Entfernungsdaten zu Anfang, Mitte und Ende des Grüns sowie zu markanten Punkten des Platzes von weltweit mehr als 38.000 Plätzen. Zudem punktet die Vivoactive im Alltag als Activity Tracker, der seinen Träger mit individuellen Tageszielen zu einem aktiveren Lebensstil motiviert. Via Bluetooth lässt sich die Uhr mit anderen Geräten wie dem Smartphone verbinden und weist auf eingehende Anrufe, E-Mails oder andere Benachrichtigungen hin. Der Funktionsumfang soll sich zukünftig durch kostenlose Apps und Widgets nach eigenen Vorstellungen erweitern lassen. Ach ja, die Uhrzeit kann sie natürlich auch noch anzeigen.

30 Tage Energie

Auch bei den Batterielaufzeiten tut sich etwas: Der Vivoactive-Akku soll drei Wochen halten, die Smartwatch von Vector soll sogar 30 Tage Energie liefern. Das britische Unternehmen konnte den Energieverbrauch seiner Uhren senken, indem ein energie­effizienter Mikroprozessor mit einem intelligenten Power-Management und einem E-Ink-Display kombiniert wurde. Auch für diese Uhren gibt es einen eigenen App-Store, ab 2016 wird Vector sich auch für App-Entwicklungen von Drittanbietern öffnen. Darüber hinaus bindet sich der britische Wearable-Hersteller an kein Betriebssystem, sondern die derzeitigen zwölf Uhrenmodelle sind kompatibel mit iOS, Android und Windows-Smartphones. „Smartwatch-Plattformen werden die Evolution anführen“, so Llamas von IDC. „Als Gehirn der Smartwatch verwalten sie alle Aufgaben und Prozesse, von denen viele mit dem Nutzer interagieren. Auf ihnen laufen alle Applikationen und sie stellen die Verbindung zum Smartphone her.“ Zurzeit ist hierbei das Betriebssystem watchOS von Apple laut dem Analysten marktführend, gefolgt von Android bzw. An­droid Wear – auch wenn die Liste der Firmen, die auf das letztere System setzen, kontinuierlich wächst. Besonders traditionelle Uhrenhersteller wie Fossil oder Tag Heuer, die jetzt auch auf den Smartwatch-Markt drängen, nutzen das Betriebssystem von Google.

Vorstoß ins LuxusSegment

Die Tag Heuer Connected zum Beispiel ist eine echte Verbindung von traditioneller Uhrmacherkunst und moderner Wearable-Technologie. Die Luxusuhr fällt alleine schon durch ihr edles Design auf. Über den Hersteller-App-Store können verschiedene Watchfaces, digitale Ziffernblätter, heruntergeladen werden, die täuschend echt das Aussehen und die Funktionen eines echten Ziffernblatts nachempfinden. Mit Android Wear steht für die Nutzer der Tag Heuer Connected Uhr darüber hinaus eine Vielzahl von Android-Apps zum Download bereit. Die wichtigsten Anwendungen, darunter Google Fit, Google Translate, Google Maps und Google Search mit Spracherkennung sind bereits auf der Uhr vorinstalliert. Allerdings scheint die Schweizer Uhrenmanufaktur noch nicht so ganz von ihrer Smartwatch überzeugt zu sein – denn jeder Käufer einer Tag Heuer Connected Uhr hat die Möglichkeit, sie am Ende des zweijährigen Garantiezeitraums gegen eine mechanische Uhr mit einem echten Schweizer Uhrwerk einzutauschen.

(Bildnachweis: Vector Watch)

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Ein Blick nach links: Han Solo fliegt mit seinem Millennium Falken hinter dir. Ein Blick nach rechts und Luke Skywalker grüßt aus seinem X-Wing. … Für viele Film-Fans kann bald ein Traum real werden – mit den Helden von Star Wars gemeinsam durch das Weltall zu fliegen. Wenn auch nur in einer virtuellen Welt, dies aber verblüffend real. Möglich machen das Virtual-Reality-Brillen (VR-Brillen) wie zum Beispiel die Oculus Rift, Microsoft HoloLens oder Sony´s Morpheus. „Mit den Funktionen der Virtual-Reality-Brille haben Nutzer ein neues Erlebnis in einer dreidimensionalen Umgebung, das der Realität immer näherkommt“, sagt Timm Lutter vom deutschen Digitalverband Bitkom. Auf einem integrierten Bildschirm zeigt die VR-Brille Videos und Bilder im 3D-Format. „Virtual-Reality-Brillen sind vor allem bei Gamern im Kommen, weil sie sich damit quasi mitten im Spiel bewegen“, so Lutter.

In Echtzeit durch die Bilder ­bewegen

Wie beim „Project Morpheus“, dem neuen VR-Headset für die PlaySta­tion4 von Sony: Sobald der Spieler das VR-Headset aufgesetzt hat, taucht er in eine komplett realistische virtuelle 360-Grad-Welt und mitten ins Spiel ein. Die Kopfposition und Kopfbewegungen des Spielers werden exakt verfolgt: Dreht der Spieler den Kopf, dreht sich das Bild der virtuellen Welt realistisch und intuitiv in Echtzeit mit. Das Headset verfügt über ein 5,7 Zoll großes OLED-Display und gibt Spiele mit 120 Bildern pro Sekunde wieder. Damit gewährleistet es unglaublich flüssige Grafiken und erreicht eine Präsenz, die die Grenzen des Spielens neu definiert. Allerdings kosten derartige VR-Headsets mit eigenem Display nicht wenig – für die Sony-Brille kursieren im Netz Preise um die 450 Euro, für die Oculus Rift werden wohl rund 700 Euro fällig. Günstigere Brillen ohne eigenes Display kosten dagegen nur rund 100 Euro. Sie nutzen das Smartphone als Display: Wie zum Beispiel die VR One von Zeiss. Hier wird einfach eine entsprechende VR-App auf dem Smartphone gestartet und das Handy in die VR-Brille eingeschoben. Das Smartphone spielt stereoskopische Bilder, die von der Brille in 3-D-Bilder umgewandelt werden.

Erste Fernsehproduktion für ­Virtual Reality

Wie groß die Erwartungen für den Markt der Virtual Reality sind, zeigen die Investitionen großer Unternehmen wie Google, Sony oder Facebook. So kaufte Facebook-Chef Mark Zuckerberg im Jahr 2014 für rund zwei Milliarden Dollar den VR-Pionier Oculus. Für Zuckerberg sind die Computerspieler dabei nur die erste Welle von Nutzern, auf die weitere Anwendungen aufbauen können, zum Beispiel Videos und Filme. Schon heute entstehen erste Fernsehproduktionen: So hat NBCUniversal International Networks die neue Serie „Halcyon“ für den Sender Syfy in Auftrag gegeben, bei der fünf Folgen über die Plattform Oculus Rift in Virtual Reality zu sehen sein werden. Auch der Sender Arte bietet mit einer App seinen Zuschauern die Möglichkeit, über VR-Brillen immersiv Teil des Programms zu sein – das heißt, der Zuschauer vergisst die reale Welt um sich herum und taucht komplett in den Film ein. Bei Konzerten kann man sich so auch mal den virtuellen Zuhörer neben sich anschauen oder sich in Landschaftsfilmen einen eigenen Überblick verschaffen.
Darüber hinaus wird die virtuelle Realität heute bereits in zahlreichen anderen Anwendungen eingesetzt oder zumindest getestet: Die deutsche Elektronik-Fachmarktkette Saturn testet, wie Virtual Reality Kunden beim Einkaufen helfen kann. So können Küchen im virtuellen Raum konfiguriert und in Augenschein genommen werden. Der Flughafen Hannover hat eine Virtual-Reality-App entwickelt, mit der man das Treiben auf dem Vorfeld eines internationalen Flughafens direkt miterleben kann: Die großen Flugzeuge zum Greifen nah, ein Follow-Me flitzt vorbei und Hubschrauber schweben über das Vorfeld – man selbst mittendrin. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Touristikbranche: Mit der App „Mein Schiff-VR“, die Zeiss für seine VR-Brille „VR One“ entwickelt hat, können Reise­interessierte zum Beispiel einen virtuellen Rundgang auf einem echten Kreuzfahrtschiff machen.

Die nächste große Technologieplattform

Mittlerweile gibt es über 400 Apps in den App Stores von Google und Apple. Auch große internationale Firmen bieten inzwischen eigene VR-Apps an. Und Samsung präsentierte auf dem Mobile World Congress 2016 in Barcelona mit der Gear 360 eine Kamera, mit der jeder eigene VR-Filme erstellen und teilen kann. Das südkoreanische Unternehmen verkauft seine zusammen mit Oculus entwickelte VR-Brille „Gear VR“ bereits in dritter Generation. „In der direkten Folge der letztjährigen Markteinführung von Gear VR definieren wir mit Gear 360 die Grenzen immersiver Inhalte neu und bieten eine visuelle Erfahrung, mit der das Einfangen und Teilen von Ereignissen im Leben noch einfacher wird“, so D.J. Koh, Leiter des Smartphone-Geschäfts bei Samsung. Mark Zuckerberg denkt die virtuelle Realität noch viel weiter: „Ich habe die nächste große Technologieplattform gesehen, die die Art und Weise definieren wird, wie wir alle in der Zukunft vernetzt sind“, beschrieb er auf der letzten Entwicklerkonferenz von Oculus seine Vision, die er nach dem ersten Test der VR-Brille hatte.

(Bildnachweis: Sony)

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Passieren kann es jedem Tierhalter: In einem unachtsamen Moment entwischt die Wohnungskatze durch den Türspalt, oder der Hund sucht plötzlich das Weite. Findet das geliebte Haustier nicht auf Anhieb zurück, ist dies tragisch für alle Beteiligten. Die Tierschutzorganisation Tasso e.V. hat allein im Jahr 2015 knapp 60.500 Hunde und Katzen an ihre Halter zurückvermittelt. Der Verein führt europaweit das größte Haustierzentralregister.

Tiere eindeutig identifizieren

Um die Tiere wiederzufinden, setzt Tasso bereits seit einigen Jahren auch auf die Wearable Technology: Bei der Registrierung der Haustiere wird ihnen per Kanüle ein kleiner Transponder eingesetzt. Er besteht aus einer Biopolymer- oder Glaskapsel, die eine Kupferspule und einen Mikrochip enthält. Die Kupferspule wird für Sekundenbruchteile durch Radiowellen aktiviert, wenn ein Lesegerät in die Nähe kommt, und wirkt als Antenne. Auf dem Mikrochip ist die individuelle Nummer des Transponders gespeichert, die über die Antenne ausgelesen werden kann und so das jeweilige Tier identifiziert. Das System hat allerding seinen Nachteil: Das Haustier muss erst gefunden werden, bevor es identifiziert und dem Besitzer zurückgegeben werden kann.

Per GPS das Tier wiederfinden

Eine Lösung bieten hier GPS-Tracker, die am Halsband befestigt werden. Der nach Herstellerangaben kleinste Tracker ist der Petpointer von HergTech: Er nimmt gerade mal eine Fläche von 14 Quadratzentimetern ein. Sein GPS-Chip nutzt für die Lokalisierung drei Satellitensysteme und erlaubt in über 220 Ländern eine Lokalisierung auf wenige Meter genau. Um die Positionsdaten auf das Smartphone oder den PC des Tierbesitzers übertragen zu können, nutzen die Tracker das Mobilfunknetz. Dazu sind sie mit einer eigenen SIM-Karte ausgestattet. Der Petpointer übermittelt die GPS-Positionen nach einem vom Benutzer wählbaren Zeitintervall, das über eine App jederzeit verändert werden kann.
Viele Tracker bieten darüber hinaus die Möglichkeit eines Geofencings: Verlässt das Tier einen vorher definierten Raum, gibt das Gerät eine Alarmmeldung. Eine andere interessante Funktion bietet der GPS-Tracker von Tractive: Bei ihm ermöglicht ein digitaler Lichtschalter in der mobilen App dem Haustierbesitzer, ein Licht am GPS-Gerät ein- und auszuschalten. Dies hilft bei der Tiersuche im Dunkeln und erhöht die Sicherheit der Tiere, wenn sie sich in der Nähe von Straßen aufhalten.

(Bildnachweis: Fotolia: grafikplusfoto)

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Damit Wearable Technology einen wirklichen Massenmarkt findet, muss sie nützlich, praktisch, schick und modisch sein. Da ist die nahtlose Integration in Textilien und Kleidung nur eine logische Weiterentwicklung der tragbaren Elektronik: Sensoren sitzen so immer nah am Körper, die Geräte sind komfortabler und weniger auffällig. Der Nutzer kann sein Wearable öfters und regelmäßiger nutzen, damit steigt die Qualität der vom Wearable gesammelten Daten. Laut den Marktanalysten von ­IDTechEx war das Jahr 2015 mit einem Marktvolumen von 100 Millionen Dollar ein Rekordjahr für Investitionen in smarte Kleidung und E-Textilien. In 2016 soll dieser Markt bereits 3 Milliarden Dollar wert sein.
Der Begriff „smarte Kleidung“ umfasst die unterschiedlichsten Technologien: Durch physikalische und chemische Veränderungen an der Oberfläche werden in Textilien Funktionen wie Leuchten, Heizen, das kontrollierte Freisetzen von Stoffen, temporäre Farb- oder Strukturänderungen, sensorische sowie aktuatorische Eigenschaften integriert. So gibt es bereits Jacken für Cabriofahrer mit integrierter Heizfunktion oder Sportlerkleidung, die erkennt, wenn es dem Träger zu warm wird, und über Formgedächtnislegierungen Lüftungsschlitze öffnet.
Die Integration von Elektronik und Mikrosystemtechnik in textile Materialien ermöglicht eine Reihe von Zusatzfunktionen für verschiedene Anwendungen. Die Chip-Hersteller haben dazu für den Wearable-Markt inzwischen spezielle Systems-on-Chip (SoC) entwickelt: Das Curie-Modul von Intel zum Beispiel ist so groß wie ein Knopf und umfasst Mikroprozessor, Bluetooth Low Energy Radio, Sensoren sowie Akkulader.

LED zum Aufbügeln

Modemacher experimentieren schon seit längerem mit in die Kleidung integrierten Lichtquellen. Miniaturisierte und energieeffiziente LEDs eignen sich in flexiblen, leichten und formbaren Textilien ideal für Lichteffekte. Einige Beispiele dieser „leuchtenden Mode“ konnte man in 2015 auf der Fashion-Show im Rahmen der Maker Faire Berlin sehen: Guido Burger schickte zum Beispiel ein Model mit einem sogenannten Social Skirt auf den Laufsteg. Der Clou: In dem Rock sind viele Bewegungssensoren eingearbeitet, die ein sich näherndes Smartphone erkennen und dann ihr Leuchtverhalten ändern. Lichtdesignerin Lina Wassong machte aus der Not eine Tugend: Auch sie wollte ein Kleid mit vielen bunten LEDs nähen, doch die vorhandene Technik frustrierte sie. Kurz entschlossen entwarf sie mit Freunden eine flache LED, die man einfach auf die Kleidung aufklebt oder aufbügelt. Mit einem Arduino – ­einem Open-Source-­Mikrocontroller-Board – kann sie viele dieser winzigen Lämpchen individuell ansteuern und ihr Kleid wird zum Hingucker auf jeder Party.

Aufgedruckte Photovoltaik

Eher praktischen Nutzen hat es, wenn über die in die Kleidung integrierte Elektronik Energie gewonnen wird, um zum Beispiel das Smartphone oder andere Wearables mit Strom zu versorgen. So wie bei dem von Theresa Scholl entworfenen Textilprodukt „Pink Bionic“. Scholl studiert den Masterstudiengang Textile Produkte an der Hochschule Niederrhein und hat auf ihr Smart-Textile-Top ein Muster aus Leiterbahnen gedruckt, das das Sonnenlicht in Energie umwandelt. Über ein filigranes Stahlnetz wird der Strom an eine Speichereinheit weitergeleitet.

Biegsames Display

Ein weiterer wichtiger Schritt bei der Realisierung von smarter Kleidung ist die Integration eines Displays in den Stoff, über das der Nutzer mit dem Wearable interagieren kann. Forscher des niederländischen Holst Centers haben dazu das weltweit erste dehnbare und biegbare LED-Display vorgestellt, das auf Textilien laminiert werden kann. Das Display ist auf einem Polimid-Substrat aufgebracht und in Gummi gekapselt, so dass es sich auch waschen lässt. Die Technologie nutzt Produktionsprozesse, die bereits in der Fertigungsindustrie etabliert sind, so dass sie schnell in die Serienfertigung gehen kann. Die im August 2015 gezeigte zweite Generation des Displays hat eine Auflösung von 13 Pixel per Inch und eine durchschnittliche Helligkeit von mehr als 200 Candela pro Quadratmeter.

Die Jeans für das nächste Jahrhundert

Wirklich smart und komfortabel wird Kleidung, wenn Elektronik nicht erst integriert werden muss, sondern wenn der Stoff selbst die Funktionen ermöglicht. Schon vor einiger Zeit hatte ein Team um Huisheng Peng von der Fudan University zum Beispiel dehnbare, biegsame faserförmige Superkondensatoren für einen Einbau in elektronische Gewebe entwickelt. Und Google entwirft zurzeit zusammen mit dem Jeans-Hersteller Levis einen Stoff, mit dem die Hose zum Touchpad wird. Dabei werden feine, leitfähige Fäden in das Gewebe eingewoben. Sie erlauben es, maßgeschneiderte Berührungs- und gestensensitive Flächen an jeder gewünschten Stelle eines Kleidungsstücks einzuweben. Damit lassen sich auch ganze Sensornetze in eine Hose einarbeiten – so entstehen große interaktive Oberflächen. Sie sind mit einem Hauptprozessor verbunden, der alle Informationen verarbeitet und per WLAN an ein anderes Wearable weiterleitet. Über eine Berührung mit dem Finger wird die Jeans so zum Eingabegerät zum Beispiel für das Smartphone in der Hosentasche. Google hat das Projekt auf seiner Entwicklermesse Google I/O vorgeführt und bereits gezeigt, dass damit die normalen Funktionen eines Touchpads wie Maussteuerung und Gesteneingaben möglich sind.

(Bildnachweis: A.Berns/Th. Scholl)

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Neil Harbisson ist der erste Mensch, der offiziell von einer Regierung als Cyborg anerkannt wurde. Der farbenblinde Künstler nutzt ein fest an seinen Schädelknochen fixiertes Gerät, das ihm Farben in verschiedene Töne übersetzt. Er ist damit zu einer Ikone der globalen Cyborg-Bewegung geworden. Im Grunde beschreibt Cyborg – zusammengesetzt aus „cybernetic organism“ – ein Mischwesen aus Mensch und Technik. Das hört sich sehr nach Science-Fiction an, doch die heutigen Cyborgs sind eher Technik-Fans oder auch Menschen mit einem Handicap, die ihren Körper dauerhaft durch künstliche Bauteile ergänzen, um ihre menschlichen Fähigkeiten zu steigern oder ihre Gesundheit wiederherzustellen.

Mobiler Datenträger in der Hand

Derzeit setzen Cyborgs meist noch auf bescheidene technische Hilfsmittel: So konnten sich Besucher der Computermesse CeBIT in 2016 am Stand von Digiwell reiskorngroße NFC-Chips zwischen Daumen und Zeigefinger implantieren lassen. Diese können als mobile Datenträger genutzt werden und ermöglichen beispielsweise das Öffnen einer Haustür ohne Schlüssel. So einen ließ sich der DIY-Cyborg, Bio-Hacker und IT-Leiter von Grindhouse Wetware, Tim Cannon, schon in 2013 implantieren. Darüber hinaus hat er seinen Unterarm mit einem Chip „aufgerüstet“, der mittels Bluetooth seine Körperdaten an Android-Systeme übermittelt und dessen LEDs sein Tattoo subkutan beleuchten. Zudem hat er als sechsten Sinn einen Magneten in seiner Fingerkuppe. Das ist heute jedoch eher noch als Spielerei und neugieriges Experimentieren mit neuer Technik zu sehen.

Tuning für das Gehirn

Doch zunehmend realistisch wird die Perspektive, in Zukunft Chips auch in das Gehirn zu implantieren und es so zu tunen. Entsprechende „Neuroimplantate“ gibt es bereits heute – zum Beispiel Cochleaimplantate. Einmal etabliert lässt sich diese Technik auch anderweitig nutzen. Memorychips sind hier nur eine der möglichen Alternativen. Was sich zunächst ein wenig fremd anhört, können sich jedoch viele Menschen vorstellen: Bei einer Umfrage des Marktforschungsinstituts TNS Emnid aus dem Jahr 2015 in Deutschland befürworteten 51 Prozent der Befragten Implantate für mehr Konzentration und Gedächtnisleistung. In genau diese Richtung zielen die Visionen der sogenannten Transhumanisten: Sie bejahen explizit den Gebrauch von Technologien zur Selbstoptimierung. Ihr führender Vertreter ist der amerikanische Informationstheoretiker und Futurologe Ray Kurzweil. Kurzweil prophezeit bereits für die nächsten Jahrzehnte ein Zusammenwachsen von Neurowissenschaft, Informatik sowie Nanotechnologie und sieht den Menschen der Zukunft als Cyborg, der sein Gehirn mit den Mitteln der Computertechnologie gezielt optimiert. Dann könnte sich das Gehirn auch direkt mit dem Internet verbinden und Informationen streamen. Statt des Internet of Things hätte man ein Internet of us, der Mensch selbst wäre Teil des Internets.

(Bildnachweis: Fotolia: kaprikfoto)

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