Magnetoelastizität: Softsensor misst Müdigkeit in Echtzeit
Müdigkeit lässt sich oft nur mit komplexen Systemen in Echtzeit messen. Ein einfach aufgebauter Softsensor nutzt Magnetoelastizität und arbeitet sogar drahtlos.
Der Müdigkeitssensor erfasst die Häufigkeit des Blinzelns und ermittelt daraus den Müdigkeitsgrad.
(Bild: Jun Chen Lab/UCLA)
Ein Forschungsteam der University of California Los Angeles (UCLA) hat einen magnetoelastischen Softsensor entwickelt, der den Grad der Ermüdung eines Menschen ausschließlich anhand der Augenbewegungen ermitteln kann. Auf dem Augenlid befestigt, erfasst er über die magnetischen Veränderungen des Sensormaterials die Häufigkeit des Blinzelns und leitet daraus die Müdigkeit des Trägers ab.
Bisher wird die Müdigkeit entweder über aufwendige Messsysteme wie etwa über kamerabasierte Systeme und Elektroenzephalografie (EEG) oder über Befragungen zum Müdigkeitsgrad ermittelt. Diese Methoden sind aber nur in Laborumgebungen halbwegs zuverlässig umsetzbar, über Befragungen können keine zuverlässigen Echtzeitdaten erhoben werden. Hier kommt der Sensor der UCLA ins Spiel, der Müdigkeit als mentalen Zustand, der etwa durch Leistungsabfall aufgrund von Stress, Schlafmangel, übermäßiger Aktivität oder anderen Einflüssen ausgelöst wird, misst. Den Sensor beschreiben die Wissenschaftler in der Studie "A soft magnetoelastic sensor to decode levels of fatigue", die in Nature Electronics erschienen ist.
Magnetoeleastizität
Die Sensortechnik besteht aus einer leitfähigen Goldspule, die auf einem dünnen, thermoplastischen Elastomer aufgebracht ist. Das Elastomer ist mit einer magnetoelastischen Folie überzogen, in der sich winzige Magneten befinden. Dieser pflasterartige Sensor wird auf das Augenlid geklebt. Beim Blinzeln werden dann hochpräzise elektrische Signale durch Magnetfeldschwankungen aufgrund der Magnetoelastizität erzeugt, die dann ausgewertet werden können. Die Vorteile: Der Sensor arbeitet drahtlos und er benötigt keine separate Stromversorgung, sodass eine breite Anwendung im Alltag möglich ist.
Der Sensor kann durch die verwendeten Materialien sehr dünn gehalten werden und ist trotzdem gegen Schweiß und Feuchtigkeit geschützt. Das Problem bei solchen Sensoren ist normalerweise, dass sie zum Schutz noch extra verkapselt werden müssen. Dann werden sie meist dicker, was ihre Funktion und das Tragegefühl beeinträchtigen kann.
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Die Technik des auf Magnetoelastizität basierenden Softsensors kann auch auf andere medizinische Bereiche ausdehnt werden, schreiben die Forscher. Denkbar sind etwa Anwendungsgebiete wie Pulswellenüberwachung, das Ermöglichen von Sprechen ohne Stimmbänder sowie eine dauerhafte Atem- und Herz-Kreislauf-Überwachung. Die Wissenschaftler wollen ihre Forschungsarbeit hinsichtlich der Nutzung von Magnetoelastizität deshalb künftig intensivieren.
(olb)
