Funkreichweite neu gedacht: Neue Plattform für Wearables

Dieser Durchbruch in der Datentechnologie lässt aufhorchen: Im Gesundheitssektor ist der Einsatz von tragbaren Geräten mit Sensoren zur Überwachung biologischer Signale unantastbar. Denn die elektronischen Helfer liefern wertvolle Informationen für die Vorhersage, Diagnose und Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten zu immer niedrigeren Kosten. Allerdings gab es bislang eine Einschränkung, deren Überwindung die positiven Auswirkungen dieser Technologie um ein Vielfaches verstärken könnte: die Übertragung von Daten über große Entfernungen – insbesondere von ländlichen Gemeinden mit begrenzten Ressourcen.

Aktuell nutzen nicht-invasive tragbare Geräte in der Regel noch das Internet, um Patientendaten an Ärzte zu übermitteln, zu sammeln und zu erforschen. „Diese internetbasierten Kommunikationsprotokolle sind effektiv und gut entwickelt, sie erfordern jedoch auch eine Mobilfunk- oder andere Netzabdeckung sowie herkömmliche Stromquellen“, erklärt Philipp Gutruf, Assistenzprofessor für biomedizinische Technik am College of Engineering der Universität von Arizona. Der Studienleiter weiter: „Diese Anforderungen führen oft dazu, dass Menschen in abgelegenen Gegenden oder mit begrenzten Ressourcen unterversorgt sind.

Forscher der Universität Arizona entwickelten nun eine Plattform, die diese Entfernungen überbrückt. Damit ist es möglich, Daten von tragbaren Geräten an Orte zu übertragen, die bis zu 24 Kilometer entfernt sind – und das ohne große Investitionen in die Infrastruktur. Denn das Kommunikationsnetz nutzt die LoRa-Funkfrequenztechnologie mit geringem Stromverbrauch. Sie hat nach Berechnungen der Forscher eine 2.400-mal größere Reichweite als Wi-Fi und eine 533-mal größere Reichweite als Bluetooth. Die Entscheidung für LoRa überwindet außerdem die mit Energie und elektromagnetisch verbundenen Herausforderungen. Die Hoffnung: Den Zugang zur digitalen Gesundheit gerechter zu gestalten.

Die neue Plattform verwendet dafür eigens von den Forschern entwickelte Wearables. Diese körpernahe Technologie ist mit weichen Elastomeren 3D gedruckt und mit flexibler Elektronik ausgestattet. Drahtlos mit Strom versorgt, ermöglichen sie die kontinuierliche Erfassung von Biosignalen. Ein zusätzlicher Vorteil: Die Wearables tragen Ärzte an der Unterseite ihres Unterarms, wodurch sie kaum auffallen. Daher bezeichnen die Forscher sie auch als symbiotische Bios. Ein spezielles Protokoll, Schaltkreise sowie eine Antenne machen es möglich, über die Plattform Daten über große Entfernungen an den Empfänger zu senden. Und auch das Aufladen der Batterien kann aus einer Reichweite von mehr als 2 Metern erfolgen.

„Die einfache Elektronik und die Fähigkeit des Geräts, Energie zu erfassen, sind für die Leistung dieses beispiellosen Überwachungssystems entscheidend“, kommentiert Gutruf. Denn nach Angaben des Forschers ist ein wochenlanger Dauerbetrieb dank der drahtlosen Energieübertragung möglich – und das alles in einem kleinen Gehäuse, das sogar eine integrierte Berechnung von Gesundheitsmetriken enthält.

Mit der Implementierung von LoRa-Netzgateways, die Hunderte von Quadratkilometern und Nutzern versorgen, lassen sich die Kommunikationsdistanzen noch weiter ausdehnen – wobei nur eine kleine Anzahl von Verbindungspunkten benötigt wird. „Dieses Vorhaben ist nicht nur ein wissenschaftliches Unterfangen, sondern auch ein Schritt, um die digitale Medizin unabhängig von geografischen und ressourcenbedingten Beschränkungen zugänglicher zu machen“, so Gutruf.

Die technischen Konzepte des neuen Systems lassen sich in einem Artikel nachlesen, den die Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte.

Der Markt für Wearables

Die Zahlen für die weltweiten Auslieferungen von Wearables stiegen im dritten Quartal 2023 (3Q23) auf ein Allzeithoch: Neue Daten der International Data Corporation (IDC) berichten von 148,4 Millionen Einheiten – ein bemerkenswerter Anstieg um 2,6 % im Vergleich zum Vorjahr. Das Gesamtvolumen übertraf dabei sogar die Auslieferungen des 3. Quartals 2021 (142,1 Millionen) sowie des 3. Quartals 2022 (144,6 Millionen), als die Verkäufe durch pandemiebedingte Ausgaben angekurbelt wurden. Besonders interessant: Das Wachstum von Wearables ist weitgehend auf den Aufstieg kleinerer Marken sowie neuer Kategorien zurückzuführen.

„Es ist ein Jahrzehnt her, dass der Markt für Wearables in Schwung gekommen ist. Und obwohl es eine gewisse Konsolidierung gegeben hat, existieren immer noch eine große Vielfalt an Marken und Formfaktoren“, erklärt Jitesh Ubrani, Forschungsleiter für Verbrauchergeräte und Mobilität bei IDC. „Die Überwachung von Gesundheitszustand und Fitness hat sich seit den ersten Fitbits und Pebble-Uhren stark weiterentwickelt. Doch der Hauptantrieb für Wearables war das Aufkommen kleinerer, schlanker Designs. Es wird erwartet, dass intelligente Ringe von neueren Marken wie Oura, Noise, BoAT, Circular und anderen in den kommenden Quartalen neue Formate präsentieren und andere Marken zu Innovationen im Bereich der Gesundheitsüberwachung drängen werden.“

„Smartwatches und Kopfhörer nehmen nach wie vor einen herausragenden Platz im Wearables-Markt ein“, ergänzt Ramon Llamas, Forschungsleiter für Mobile Geräte und AR/VR bei IDC. „Sie finden immer noch Platz bei den Verbrauchern und ziehen weiterhin die Aufmerksamkeit von Erstnutzern auf sich, vor allem bei den vorsichtigeren und preissensiblen Menschen. Hier sehen wir immer noch aufstrebende Anbieter, die große Mengen produzieren, um zu den führenden Marken zu gehören. In Verbindung mit soliden Upgrade-Zyklen bedeutet dies, dass der Markt für Wearables das Rad weiterhin intensiv dreht, um die Absatzzahlen zu steigern.“