Bøjelige mikrobatterier til wearables

Der er en ny teknologi, der griber fremtidens markeder – teknologi at bære. wearables, som de er kendt, er bærbare systemer, der indeholder sensorer til at indsamle måledata fra vores kroppe. At drive disse sensorer uden ledninger kræver bøjelige batterier, der kan tilpasse sig det specifikke materiale og levere den strøm, systemet kræver. Mikrobatterier udviklet af Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM udgør det tekniske grundlag for denne nye teknologitrend.

Inden for medicin, wearables bruges til at indsamle data uden at forstyrre patienter, mens de går i gang med deres daglige arbejde – til at optage langtids-EKG'er, for eksempel. Da sensorerne er lette, fleksibel og skjult i tøj, dette er en bekvem måde at overvåge en patients hjerteslag. Teknologien har også flere hverdagsapplikationer – fitnessbånd, for eksempel, der måler joggers puls, mens de er ude at løbe. Der er et enormt vækstpotentiale i wearables-sektoren, som forventes at nå en markedsværdi på 72 milliarder euro i 2020.

Hvordan man driver disse smarte tilbehør, udgør en betydelig teknisk udfordring. Der er de tekniske overvejelser – holdbarhed og energitæthed – men også materialekrav som vægt, fleksibilitet og størrelse, og disse skal kombineres med succes. Det er her, Fraunhofer IZM kommer ind:eksperter på instituttet har udviklet en prototype til et smart armbånd, der, helt bogstaveligt, indsamler data fra første hånd. Silikonebåndets tekniske stykke modstand er dets tre skinnende grønne batterier. Med en kapacitet på 300 milliampere timer, disse batterier er det, der forsyner armbåndet med strøm. De kan lagre energi på 1,1 watt-timer og mister mindre end tre procent af deres ladekapacitet om året. Med disse parametre har den nye prototype en meget højere kapacitet end de smarte bånd, der hidtil er tilgængelige på markedet, gør det muligt at forsyne selv krævende bærbar elektronik med energi. Den tilgængelige kapacitet er faktisk tilstrækkelig til at styrke et konventionelt smart-ur uden driftstab. Med denne slags statistik, prototypen slår etablerede produkter såsom smarture, hvor batteriet kun er indbygget i urhuset og ikke i remmen.

Succes gennem segmentering

Robert Hahn, en forsker i Fraunhofer IZM's afdeling for RF &Smart Sensor Systems, forklarer, hvorfor segmentering er opskriften på succes:"Hvis du gør et batteri ekstremt bøjeligt, det vil have meget dårlig energitæthed – så det er meget bedre at anvende en segmenteret tilgang."

I stedet for at gøre batterierne ekstremt bøjelige på bekostning af energitæthed og pålidelighed, instituttet fokuserede på at designe meget små og kraftige batterier og optimeret monteringsteknologi. Batterierne er bøjelige mellem segmenterne. Med andre ord, det smarte bånd er fleksibelt, mens det bevarer meget mere kraft end andre smarte armbånd på markedet.

Kundetilpassede løsninger

I sin udvikling af batterier til wearables, Fraunhofer IZM kombinerer nye tilgange og mange års erfaring med en kundetilpasset udviklingsproces:"Vi samarbejder med virksomheder om at udvikle det rigtige batteri til dem, " forklarer den færdiguddannede elektroingeniør. Teamet rådfører sig tæt med kunderne for at udarbejde energikravene. De tilpasser nøje parametre som form, størrelse, spænding, kapacitet og effekt og kombinerede dem til et strømforsyningskoncept. Teamet udfører også kundespecifikke tests.

Smart gips til at måle sved

I 2018, Instituttet begyndte arbejdet med en ny bærbar teknologi, det smarte gips. Sammen med den schweiziske sensorproducent Xsensio, dette EU-sponsorerede projekt har til formål at udvikle et plaster, der direkte kan måle og analysere patientens sved. Dette kan så bruges til at drage konklusioner om patientens generelle helbredstilstand. I hvert fald have en bekvem, Realtidsanalyseværktøj er den ideelle måde til bedre at spore og overvåge helingsprocesser. Fraunhofer IZM er ansvarlig for at udvikle designkonceptet og energiforsyningssystemet til svedmålingssensorerne. Planen er at integrere sensorer, der er ekstremt flade, let og fleksibel. Dette vil kræve udvikling af forskellige nye koncepter. En idé, for eksempel, ville være et indkapslingssystem lavet af aluminiumskompositfolie. Forskerne skal også sikre, at de vælger materialer, der er billige og nemme at bortskaffe. Trods alt, et plaster er et engangsprodukt.