Hobby-Sportler machen sich gerne einen Spaß daraus, mit schick aussehenden Wearables ihre Leistungen zu tracken und ihre Ergebnisse zu optimieren. Auch wenn dieser Ansatz zum Erreichen der eigenen sportlichen Ziele beitragen kann, sind diese tragbaren Geräte nur ein nice-to-have im Amateur-Bereich und kein Muss. Ganz anderes sieht es hingegen für Profisportler aus, deren Beruf es ist, die eigene Performance fortwährend zu steigern und Bestleistungen zu liefern. Auch im Gesundheitsbereich sind solche Wearables essenziell, um Rückschluss auf Krankheiten zu schließen und physiologische Daten im Auge zu behalten. Bislang wurden diese Daten durch aufklebbare Sensoren erfasst, die regelmäßig ausgetauscht werden mussten. Ein Forscherteam der University of Arizona stellte nun aber eine Alternative vor: ein 3D-gedrucktes Wearable -nachhaltiger und genauer.
Herkömmliche Wearables lassen nur geringen Spielraum für persönliche Gestaltung bei den Monitoren zu. Es handelt sich meistens um Standard-Modelle, die auf die Haut aufgeklebt werden, wo ein Sensor die Daten erfasst. Da sich die Haut ständig verändert, führen die Hautablösungen dazu, dass die Klebstoffe ihre Wirkung verlieren und die Sensoren eventuell verstopft werden. Aus diesem Grund müssen solche Wearables auch nach wenigen Tagen durch neue ersetzt werden. Um eine Lösung für dieses Problem anzubieten, arbeitete das Team der University of Arizona an einem alternativen Wearable. Philipp Gutruf, außerordentlicher Professor für Biomedizin, fasst die Umstände zusammen: „Tragbare Gesundheitsüberwachung beruht traditionell auf Sensoren, die direkt auf der Haut angebracht werden, aber die Haut selbst erneuert sich ständig. (…) Dies begrenzt die Zeitspanne, in der zuverlässige Daten gesammelt werden können. Mit unserem Sensor, der die gasförmigen Emissionen der Haut verfolgt, überwinden wir diese Einschränkung vollständig.“
Bild: University of Arizona
Das am Labor entwickelte Wearable wird am Unterarm angelegt, es ähnelt einer Manschette und kann dauerhaft getragen werden. So liefert es in Echtzeit kontinuierlich Daten. Diese können über ein mit Bluetooth verbundenes Smartphone oder einen Computer eingesehen werden. Während die regulären Sensoren nur Momentaufnahmen zulassen, erlauben die Daten der 3D-gedruckten Wearables einen Gesamtüberblick über eine längere Zeitspanne hinweg. „Unser Design ist auch bei alltäglichen Bewegungen und Umweltveränderungen stabil“, sagt David Clausen, Doktorand im Gutruf-Labor und Hauptautor der Studie. „Wir können Daten über viele Tage hinweg kontinuierlich aufzeichnen, ohne sie wieder aufladen zu müssen. Gleichzeitig erfassen wir umfassende physiologische Daten, die in einem tragbaren Format normalerweise nicht möglich sind oder sichtbaren Schweiß erfordern.“
3D-Druck für beständige Wearables und zuverlässige Daten
Für die Konstruktion dieses verlässlichen Wearables setzten die Forscher auf die additive Fertigung. Das Sensorgehäuse wurde per Stereolithografie in einem Phrozen Sonic Mega 8 K gefertigt; die biosymbiotische Mesh-Struktur (die flexible Trägerstruktur) in einem modifizierten Creality CR-10S per FDM. Die Elektronik wurde direkt in diese Netzstruktur integriert.
Die Forscher testeten das 3D-gedruckte Wearables in zahlreichen Settings: beim Gewichtheben, Indoor-Cycling, Tennis, Laufen, aber auch im Schlaf und beim Verzehr von scharfem Essen. Für die Wissenschaftler ist klar, dass dieses neue Wearable zahlreiche Vorteile für die Sportwissenschaft und das Gesundheitswesen bereithält. Zum einen können Sportler ihre Flüssigkeitszufuhr im Training überwachen, zum anderen können die Daten auch Hinweise auf psychische Gesundheitszustände und chronische Erkrankungen geben. Dies könnte zur Früherkennung von Krankheiten und zur besseren Prävention beitragen. „Das (Wearable) eröffnet einen völlig neuen Bereich für Biomarker“, sagt Gutruf. „Man kann beispielsweise die Stoffwechselsignaturen von Bewegung oder Stress erfassen, ohne den normalen Tagesablauf der Probanden zu unterbrechen. Bisher erforderten derartige Messungen einen ganzen Raum voller Geräte.“
Die Wearables wurde unter zahlreichen unterschiedlichen Belastungen getestet. (Bild: Pixabay)
Nun wollen die Wissenschaftler die Palette der nachweisbaren Biomarker erweitern und auch mehr Möglichkeiten zur verbesserten Analyse integrieren. Dies trägt dazu bei, genauere Rückschlüsse auf das jeweilige Gesundheitsprofil zu erhalten und noch längere Zeiträume zu tracken. Die Ergebnisse der Studie wurden in Nature Communications veröffentlicht. HIER können Sie die vollständige Studie lesen.
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*Titelbildnachweis: Gutruf Lab / University of Arizona