Det finns en ny teknik som griper framtidens marknader – teknik att bära. Användbara, som de är kända, är bärbara system som innehåller sensorer för att samla in mätdata från våra kroppar. Att driva dessa sensorer utan sladdar kräver böjliga batterier som kan anpassa sig till det specifika materialet och leverera den kraft som systemet kräver. Mikrobatterier utvecklade av Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM utgör den tekniska grunden för denna nya tekniktrend.

Inom medicin, wearables används för att samla in data utan att störa patienter i sin dagliga verksamhet – för att spela in långtids-EKG, till exempel. Eftersom sensorerna är lätta, flexibel och dold i kläder, detta är ett bekvämt sätt att övervaka en patients hjärtslag. Tekniken har också fler vardagliga tillämpningar – träningsband, till exempel, som mäter joggares pulser när de är ute och springer. Det finns en enorm tillväxtpotential inom wearables-sektorn, som förväntas nå ett marknadsvärde på 72 miljarder euro år 2020.

Hur man driver dessa smarta tillbehör utgör en betydande teknisk utmaning. Det finns de tekniska övervägandena – hållbarhet och energitäthet – men också materialkrav som vikt, flexibilitet och storlek, och dessa måste kombineras framgångsrikt. Det är här Fraunhofer IZM kommer in:experter vid institutet har utvecklat en prototyp för ett smart armband som, ganska bokstavligt, samlar in data från första hand. Silikonbandets tekniska motståndskraft är dess tre glänsande gröna batterier. Med en kapacitet på 300 milliampertimmar, det är dessa batterier som förser armbandet med ström. De kan lagra energi på 1,1 wattimmar och förlora mindre än tre procent av sin laddningskapacitet per år. Med dessa parametrar har den nya prototypen en mycket högre kapacitet än smarta band som hittills finns på marknaden, vilket gör att den kan förse även krävande bärbar elektronik med energi. Den tillgängliga kapaciteten är faktiskt tillräcklig för att ge en konventionell smart klocka utan körtidsförlust. Med den här typen av statistik, prototypen slår etablerade produkter som smarta klockor, där batteriet bara är inbyggt i klockhöljet och inte i remmen.

Framgång genom segmentering

Robert Hahn, en forskare vid Fraunhofer IZM:s avdelning för RF &Smart Sensor Systems, förklarar varför segmentering är receptet för framgång:"Om du gör ett batteri extremt smidigt, det kommer att ha mycket låg energitäthet – så det är mycket bättre att använda ett segmenterat tillvägagångssätt."

Istället för att göra batterierna extremt smidiga till priset av energitäthet och tillförlitlighet, institutet fokuserade på att designa mycket små och kraftfulla batterier och optimerad monteringsteknik. Batterierna är böjliga mellan segmenten. Med andra ord, det smarta bandet är flexibelt samtidigt som det behåller mycket mer kraft än andra smarta armband som finns på marknaden.

Kundanpassade lösningar

I sin utveckling av batterier för bärbara enheter, Fraunhofer IZM kombinerar nya tillvägagångssätt och år av erfarenhet med en kundanpassad utvecklingsprocess:"Vi arbetar med företag för att utveckla rätt batteri för dem, " förklarar den utbildade elektrikern. Teamet samråder nära med kunderna för att ta fram energikraven. De anpassar noggrant parametrar som form, storlek, Spänning, kapacitet och effekt och kombinerade dem till ett strömförsörjningskoncept. Teamet genomför även kundspecifika tester.

Smart gips för att mäta svett

Under 2018, Institutet började arbeta med en ny bärbar teknologi, det smarta gipset. Tillsammans med den schweiziska sensortillverkaren Xsensio, detta EU-sponsrade projekt syftar till att utveckla ett plåster som direkt kan mäta och analysera patientens svett. Detta kan sedan användas för att dra slutsatser om patientens allmänna hälsotillstånd. Hur som helst, ha en bekväm, realtidsanalysverktyg är det perfekta sättet att bättre spåra och övervaka läkningsprocesser. Fraunhofer IZM ansvarar för att utveckla designkonceptet och energiförsörjningssystemet för svettmätningssensorerna. Planen är att integrera sensorer som är extremt platta, lätt och flexibel. Detta kommer att kräva utveckling av olika nya koncept. En idé, till exempel, skulle vara ett inkapslingssystem gjord av aluminiumkompositfolie. Forskarna måste också se till att de väljer material som är billigt och lätt att kassera. Trots allt, ett plåster är en engångsprodukt.