Das TNO am Holst Centre hat eine ultradünne, anpassungsfähige intelligente Sensormatte entwickelt, die die Atemfrequenz, die Herzfrequenz und die Körperhaltung einer Person erfassen kann. Die multimodale Sensormatte besteht aus einer Kombination von gedruckten piezoresistiven und pieelektrischen Sensoren. In einer Implementierung kann die Matte unter ein Bettlaken gelegt werden und ermöglicht so die Langzeitüberwachung von Patienten in einem Krankenhausbett oder von Babys, die zu Hause schlafen.
Die Matte kann auch in den Sitz und die Rückenlehne eines Bürostuhls integriert werden, was die Vitalität unserer Mitarbeiter erhöht und verlängert. In einem Autositz kann die Matte die Körperhaltung und die Wachsamkeit des Fahrers überwachen.
Unauffällige Überwachung
Weltweit leiden etwa 26 % der Menschen im Alter zwischen 30 und 70 Jahren an Schlafapnoe. Menschen mit Schlafapnoe haben ein viermal höheres Risiko, einen Schlaganfall zu erleiden, und viele sterben jedes Jahr an Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die durch diese Erkrankung verursacht werden. Da die damit verbundenen Gesundheitskosten weltweit rapide ansteigen, wächst die Nachfrage nach einem Heilmittel. Menschen, die an Schlafapnoe leiden, werden oft in so genannten Schlafzentren überwacht und müssen dort mehrere Nächte unter nicht gerade idealen Bedingungen schlafen.
Peter Zalar, Program Manager Large-Area Sensors bei TNO im Holst Centre, erklärt: "Mit einer großflächigen Matrix aus piezoelektrischen und piezoresistiven Kraftsensoren können die Körperhaltung, die Atemfrequenz und die Herzfrequenz einer Person, die auf einem Bett liegt, ermittelt werden. Da diese Sensoren auf ein dünnes Elastomer gedruckt sind, sind sie sehr empfindlich und nehmen schnell wieder ein Signal auf, auch wenn sich der Patient bewegt hat. Dadurch wird die Datenqualität maximiert, so dass die Patientenüberwachung vollständig ferngesteuert und zuverlässig durchgeführt werden kann. Da die Sensoren unauffällig sind und keine Beschwerden verursachen, nimmt der Patient das Gerät nicht wahr, so dass große Mengen an unverfälschten Daten gesammelt werden können. Außerdem kann durch die Kombination mehrerer Datenquellen der Gesundheitszustand des Patienten mit größerer Sicherheit bestimmt werden."
Vielfältige Anwendungen in den Bereichen Gesundheit und Wellness
Die intelligente Sensormatte ermöglicht eine langfristige Überwachung, da sie ein nicht-intrusives Gerät ist. Die Matte verschwindet einfach in dem Objekt, in das sie integriert ist. Es gibt viele mögliche Anwendungen für die Sensormatte, zum Beispiel in einem Babybett, um die Aktivität und die Atemfrequenz eines Säuglings zu überwachen.
Peter Zalar: "Ein weiteres Einsatzgebiet ist das Auto. In einem Autositz eingesetzt, kann die Matte die Sitzhaltung und die Herzfrequenz überwachen und einen Hinweis auf den Wachheitsgrad des Fahrers geben. Auch mit dem Aufkommen autonomer Fahrtechnologien muss der Fahrer formal immer noch aufmerksam sein, aber die Gefahr, abgelenkt zu werden oder einzuschlafen, steigt durch die Untätigkeit des Fahrers. Die Matte könnte verhindern, dass Menschen hinter dem Lenkrad einschlafen, was dazu beitragen könnte, Leben zu retten.
Peter fährt fort: "Wenn die Matte in einen Bürostuhl integriert wird, kann sie signalisieren, wann es notwendig ist, die Position zu wechseln oder sogar aufzustehen und sich zu bewegen. Dies trägt dazu bei, die Vitalität unserer Arbeitskräfte zu steigern und zu verlängern. Darüber hinaus könnte die Matte den Designern von Büromöbeln helfen, ergonomischere Stühle zu entwickeln, indem sie die Bereiche eines Stuhls identifiziert, die für eine Person unangenehm oder schädlich sein können."
Vertiefung der Technologie
Bestehende Lösungen für großflächige Drucksensoren sind starr und basieren oft auf kapazitiven Sensoren, die in der Praxis schwer zu realisieren sind. Die Sensormatte ist eine komplette Eigenentwicklung, bei der einzigartige Materialien und Konstruktionsmerkmale zum Einsatz kommen.
Peter erklärt: "Bei TNO im Holst Centre haben wir die Technologie des großflächigen, mehrschichtigen Siebdrucks und der Laminierung optimiert, was bedeutet, dass eine Sensormatte auf Substrate mit einer Größe von 90x200 cm gedruckt werden kann. Wir haben auch die Verwendung von elastomeren Substraten und Laminaten für piezoelektrische Sensoren eingeführt, was deren Empfindlichkeit erhöht. Außerdem wurde die Geometrie des piezoelektrischen Sensors optimiert, um die Druckempfindlichkeit zu verbessern, die zur Erkennung von Herzschlägen verwendet wird. Zur Validierung unseres Ansatzes haben wir grundlegende Software und Algorithmen sowie ein neues, schnelles Auslesesystem entwickelt, um mit der von allen Sensoren erzeugten Datenmenge Schritt zu halten. Für diese Innovationen haben wir drei Patente eingereicht."
Kostengünstig
Die Anzahl und das Verhältnis von piezoelektrischen und piezoresistiven Sensoren innerhalb der Matrixstruktur kann angepasst werden. Dies macht die Matte langfristig sehr kosteneffizient, da mehr oder weniger von jedem Sensortyp auf einer größeren oder kleineren Fläche verwendet werden können. Auch die Algorithmen können angepasst werden, so dass sowohl die Hardware als auch die Software auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten werden können.
Peter fügt hinzu: "TNO am Holst Centre arbeitet derzeit daran, neue Sensormodalitäten wie (gedruckte) Temperatursensoren hinzuzufügen, um die Anwendungsmöglichkeiten und die Vorhersagequalität der Algorithmen, die diese Daten nutzen, zu erweitern."
Für weitere Informationen:
https://www.holstcentre.com/news---press/2021/tno-at-holst-centre-develops-smart-sensor-mat/ [This is automatically translated from English]