Wearables: Elektronik geht unter die Haut

Was sind Wearables? Wer die Entwicklung der am Körper zu tragenden elektronischen Gadgets schon seit 15 Jahren verfolgt, wird vielleicht diese Antwort geben: Wearables sind Jacken, die in den Stoff verwobene Textiltasten am Ärmel enthalten, über die man einen MP3-Player steuern kann, der in einer unsichtbaren Tasche steckt. Tatsächlich wurden zu Beginn des damals entfachten Hypes solche überflüssigen Gadgets als Revolution verkauft. Stellt man die gleiche Frage heute, erhält man eine ganz andere Antwort: Wearables sind vor allem smarte Uhren oder Bänder fürs Handgelenk, die mittels Sensoren die Zahl der Schritte, den Puls und ein paar andere fürs Wohlbefinden interessante Informationen erheben und dem Nutzer in der Uhr oder in einem Dashboard in der unvermeidlichen App anzeigen.

Christian Stammel legt die Stirn in Falten – beide Definitionen greifen ihm zu kurz. "Wearables sind alle elektronischen Geräte, die in Körpernähe, am Körper oder sogar im Körper getragen werden", definiert der Gründer der weltweiten Wearables-Konferenz, die vor 14 Jahren zum ersten Mal stattfand. Stammel kennt also die ganze Entwicklung aus nächster Nähe und berichtet von Zyklen – man könnte auch sagen: Hypes –, die kamen und gingen. In der ersten Welle wurden Konzerne wie Philips oder Infineon auf das Thema aufmerksam und versuchten sich an technologisch anspruchsvollen und gleichermaßen unbenutzbaren elektronischen Helfern. Heute, in der zweiten Welle, gibt es viel Elektronikschnickschnack. Eine Actioncam am Helm gehört ebenso dazu wie ein Fitbit-Armband.

Wirklich interessant, und da kommt Stammel ins Schwärmen, sei aber die dritte Welle, der Einsatz von Wearables zur Erhaltung der Gesundheit – wobei er darunter etwas Anderes versteht als ein Fitnessarmband: "In Zukunft wird ein Drittel des Wearable-Markts auf smarte Pflaster entfallen." Pflaster haben einen großen Vorteil gegenüber Armbändern oder Uhren: Sie können über Sensoren Vitaldaten direkt von der Haut erfassen oder beispielsweise Medikamente abgeben. Das Prinzip des Nikotinpflasters, allerdings aktiv über eine winzige integrierte Elektronik gesteuert und mit anderen Wirkstoffen.

Solche Pflaster können mikromechanische oder optische Sensoren enthalten, die zum Beispiel im Schweiß den Salzgehalt oder sogar den Blutzuckergehalt messen. Die US-Firma Abbott bietet mit dem Freestyle Libre ein minimalinvasives Pflaster an, das genau das kann. Es misst den Blutzuckergehalt, mit einem RFID-Lesegerät lässt sich der Wert berührungslos und ohne Pieken auslesen. Gedacht ist das System für alle Diabetespatienten, zum Beispiel für Eltern von Kindern mit Diabetes, die nachts den Blutzuckergehalt messen wollen, ohne das Kind aufzuwecken. Die Hersteller von Teststreifen sind davon nicht begeistert, smarte Pflaster bedrohen ihr Geschäft. Smarte Pflaster dürften die gesamte Wertschöpfungskette im Medizinsektor aufmischen.

Noch können sich die Vertreter der "alten", analogen Medizin sicher fühlen. Denn die Anbieter smarter Pflaster haben noch einen Berg von technischen Herausforderungen zu bewältigen. Problem Nummer eins ist die Stromversorgung. Die Hoffnung, dass durch eine wie auch immer geartete Innovation Batterien plötzlich halb so dick und doppelt so viel Leistung haben werden, wird sich wohl nicht erfüllen. "Wir müssen mit dem leben, was wir haben", sagt Christian Stammel. Auf der Habenseite stehen derzeit neue Knopfzellen von Varta Microbattery in Lithium-Ionen-Technik, die sich wieder aufladen lassen. Allein wird das nicht reichen, neue energiesparende Elektronik und Funktechnologien sind nötig. Ein Ansatz könnte sein, autarke Sensoren in Netzwerken zu organisieren und den Energieverbrauch zu verteilen. An das Energy-Harvesting – die Stromerzeugung aus Hautwärme oder aus Bewegungsenergie über Piezoelemente im Schuh – glaubt Stammel nicht, die Energiedichte sei einfach zu gering. "Solarzellen sind hier besser."

Smarte Pflaster werden ein wichtiger, aber nicht der einzige Markt für Wearables. Ein weiterer sind Textilien mit Zusatzfunktionen. Einen einfachen Einstieg bietet das Berliner Startup iBreeve mit einem kleinen Kästchen, das Frauen an den BH clippen können. Es enthält einen Druck- und Bewegungssensor, der aus der Dehnung des Brustkorbs auf die Frequenz und die Tiefe der Atmung schließt. So sollen die Trägerinnen erkennen, wenn sie zu schnell und flach atmen, was bei Stress der Fall ist. Profitieren sollen die Besitzerinnen bei der Entspannung beim Yoga ebenso wie bei Lampenfieber vor einer Präsentation.

Aufwändiger treibt es Antelope, ein deutsches Startup aus Frankfurt. Der Anzug für 1300 Euro und das Tank Top für 430 Euro enthalten Elektroden, die einen schwachen Strom durch die Haut schicken, der Muskeln aktiviert und trainiert. Das Prinzip ist das gleiche wie in den kleinen Fitnessstudios, die überall aus dem Boden schießen und wo die Mitglieder in angeblich 20 Minuten pro Woche fit werden. Der Unterschied ist, dass in den Studios ein ziemlicher Kabelsalat vonnöten ist, während Antelope die Leitungen ins Gewebe verlegt hat, nur ein Anschluss an die Akkubox am Gürtel ist nötig.

Wearables werden nicht nur am Körper getragen, sondern künftig immer häufiger auch im Körper. Ein besonders ambitioniertes Ziel hat sich das Sub2-Konsortium vorgenommen: den ersten Marathonlauf unter zwei Stunden. Derzeit steht der Rekord des Kenianers Dennis Kimetto bei 2:02:57 Stunden, aufgestellt beim Berlin-Marathon 2014. In Sub2 haben sich Experten und Unternehmen aus verschiedenen Branchen zusammengetan, um dieses Ziel möglichst bald zu erreichen. Ein Partner ist Vodafone, das eine Smartwatch zur Verfügung stellt, die derzeit Athleten in Iten tragen, einem Ort im kenianischen Hochland, wo hunderte Spitzenläufer trainieren. Die Uhr zeigt mit Satellitenunterstützung die Route an und verknüpft diese mit den Vitaldaten des Läufers für eine optimale Trainingssteuerung.

"Unser Ziel sind implantierbare Sensoren, die Biodaten über ein Empfangspad an der Brust in Echtzeit an die Uhr liefern", sagt Prof. Yannis Pitsiladis, Gründer des Projekts. Derzeit experimentiert das Sub2-Team mit einer Pille, die der Läufer schlucken muss und die über einen Sender mit 433 Megahertz die Körpertemperatur nach außen sendet. Derzeit geschieht dies erst am Ende des Laufs, doch noch in diesem Jahr sollen die Daten auch in Echtzeit dem Läufer zur Verfügung stehen. Die Läufer seien begeistert, weniger die Trainer, möglicherweise kratze das System an deren Autorität. Weil man nicht warten möchte, bis die Trainer mitziehen, will das Konsortium ein eigenes Sub2-Racingteam mit den weltbesten Läufern auf die Beine stellen, ähnlich wie die Teams im Radsport. Eines zumindest habe man begriffen, so Pitsiladis: "Wir dürfen die Leute nicht mit Daten überfluten."

Das gilt auch für Tracktics, ein Startup aus Frankfurt, das eine kleine Box mit Beschleunigungssensor, Magnetometer und GPS-Empfänger entwickelt hat, die am Gürtel getragen wird. Erste und bisher einzige Zielgruppe sind Fußballer, die wissen wollen, wie weit und schnell sie laufen. Mit 129 Euro kann sich das jeder leisten, eine 20er-Box für eine Fußballmannschaft kostet 3000 Euro. Vor allem Amateurspieler kaufen das System, das seit zwei Jahren auf dem Markt ist. "Man merkt schnell einen großen Effekt, weil die Motivation steigt", sagt Alexander Blocher von Tracktics.

Spitzen- und Amateursportler sind eine wichtige Zielgruppe der Wearables-Industrie. Weniger im Fokus der öffentlichen Aufmerksamkeit, aber dafür umso lukrativer ist der Markt für Wearables in der Industrie. Dort sorgen sie für mehr Sicherheit am Arbeitsplatz und für effizientere Prozesse. Der Mensch und ein elektronisches Gerät am Körper sind dabei Teil eines größeren Datennetzwerks.

Zwei Beispiele: Interessant sind Wearables in der innerbetrieblichen Logistik, etwa beim "Picken" von Teilen oder Paketen in einer Lagerhalle. Inzwischen gibt es mehrere Systeme, unter anderem von Picavi, die Lagerarbeiter dorthin lotsen, wo sie das nächste Paket abholen müssen. Route und Lagerplatz werden in einer smarten Brille eingeblendet, über den Barcode wird das Entnehmen automatisch verbucht.

Für den Mineralölkonzern Total ist die Sicherheit der Mitarbeiter ein wichtiges Unternehmensziel, denn jeder Fehler etwa in einer Raffinerie könnte verheerende Folgen haben. Deshalb hat sich Total ein System ausgedacht, das Mitarbeiter auf dem Werksgelände warnt, wenn sie sich in Gefahr begeben. Dazu tragen diese eine Smartwatch von Casio, die per Bluetooth-Funk mit Beacons verbunden ist. Diese "Leuchtfeuer" sind kleine Boxen, die an Gefahrenstellen befestigt werden, zum Beispiel an den Andreaskreuzen an den Bahnübergängen des werksinternen Schienenverkehrs. Kommt der Mitarbeiter in die Nähe, erhält er ein Warnsignal auf die Uhr. "Industriearbeiter der Zukunft werden Wearables ganz selbstverständlich in ihren Arbeitsalltag integrieren", hofft Stefan Küfner, Direktor bei Total. Dazu trage die schicke Uhr bei, die für die Arbeiter auch eine Art Statussymbol sei. Und – darauf legt Küfner besonders Wert – der Daten- und Persönlichkeitsschutz. Denn die Information, wo sich eine Person gerade befindet, steht nur dieser Person zur Verfügung, nicht aber dem Vorgesetzten zum Zweck der Leistungsüberwachung. Dennoch sieht Küfner Handlungsbedarf beim Gesetzgeber: "Derzeit gibt es noch keine Regulierung für Wearables."

Ein Problem sind derzeit noch Standards, wobei ausnahmsweise nicht technische gemeint sind. Funkprotokolle wie etwa Bluetooth sind standardisiert, Probleme beim Datenaustausch kommen heute kaum vor. Der Knackpunkt liegt bei den Daten selbst und der Frage, wie verlässlich diese sind und sein sollten. Während es einem Freizeitjogger egal ist ob sein Herz gerade 130 oder 135 Schläge pro Minute macht, kommt es bei der Trainingssteuerung eines kenianischen Weltrekordmarathonläufers schon auf Genauigkeit an. Das gilt erst recht, wenn es um medizinisch relevante Daten geht. Das erwähnte Pflaster zur Blutzuckermessung muss strenge Auflagen bei der Messtoleranz erfüllen, gleiches gilt für eine Pille, die Epileptiker schlucken können und die aus dem Verdauungstrakt Informationen über einen bevorstehenden Anfall meldet. So eine Pille wurde bereits von der amerikanischen FDA-Behörde zugelassen. Das Thema Zertifizierung von Wearables ist deshalb wichtig. Nicht alles was möglich ist, wird deshalb schnell auf den Markt kommen.

Eine weitere Frage betrifft den Nutzen und den Schutz der Daten: Was kann wer mit den Daten aus einem Fitnesstracker anfangen? Wie brisant das Thema ist, zeigt der Vorfall mit der Fitness-App Strava, die öffentlich zeigt, wo Mitglieder der Community gejoggt sind – darunter allerdings auch Soldaten in eigentlich geheimen US-Militäranlagen. Natürlich lässt sich diese Funktion ausschalten, doch dann fällt auch ein Teil der Motivation weg, seine Leistung mit anderen zu messen. Hier müssen die Anbieter Optionen bieten, Daten nur mit ausgewählten Bekannten zu teilen.

Und wenn man Puls und Kalorienverbrauch in der Fitness-App sieht – was bringt das wirklich für die Gesundheit? Interessant werden solche Informationen erst, wenn man sie mit anderen Informationen verknüpft, zum Beispiel mit Aufzeichnungen des Hausarztes – besonders interessant für Senioren oder Menschen mit einer bekannten Vorerkrankung. Hier werden sich sicher noch Dienstleistungen entwickeln – wenn der Nutzen für die Anwender erkennbar ist.

Marius Kaiser hat die Sache selbst in die Hand genommen. Der 27-Jährige misst und optimiert seinen gesamten Alltag: Eine Uhr von Garmin protokolliert Fitness- und Schlafdaten, MyFitnessPal gibt Ernährungstipss, Strava verfolgt die Joggingstrecken, um nur einige zu nennen. Die einzelnen Apps und ihre Visualisierungen hält Kaiser für unzureichend, "der Erkenntnisgewinn ist gering". Vielmehr müsse man die Daten verknüpfen. Über so genannte Konnektoren liest er deshalb die Daten auf seinen Rechner und wertet sie mit der Datenvisualisierungssoftware Tableau aus. So ergeben sich interessante Zusammenhänge, etwa zwischen Trainingsleistung, Proteinzufuhr und Schlafdauer. "Ich bin schon ein bisschen nerdig", gibt Kaiser zu, der sich als Produkt-Consultant bei Tableau schon von Berufswegen mit Daten beschäftigt. Für weniger IT-versierte Menschen sollte die Verknüpfung automatisch gehen, mit Visualisierungen, die sich konfigurieren lassen. "Das ist eine Marktlücke."

Wearables müssen aber nicht mit Elektronik vollgestopft sein. Auch rein mechanische Systeme fallen unter den Oberbegriff. Dazu gehören Exoskelette, die Arbeiter beim Stehen oder Heben unterstützen. Das kalifornische Unternehmen Ekso Bionics hat mehrere Varianten im Angebot, darunter eine Weste, die an die Arme mit Klettverschlüssen angelegt wird. Unter den Armen ist ein Federmechanismus integriert, der das Heben von Werkzeug über Kopf etliche Kilogramm leichter macht und rein passiv arbeitet, also gänzlich ohne Motorkraft. In Tests ließ Ekso zwei Bauarbeiter mit schweren Bohrhammern an einer Betonwand gegeneinander antreten, der Proband mit der Weste brachte die Arbeit zu Ende, während sein Kollege bei der Hälfte aufgab. Ähnliche Produkte gibt es auch fürs Heben schwerer Lasten oder – dann mit Motorunterstützung – zum Gehen für Querschnittgelähmte.

(bsc)