Ausgangslage

Sensorsysteme gehören zu den wichtigsten Treibern der Digitalisierung in vielzähligen Anwendungsbereichen. Mit VITAL-SENSE werden Technologieentwicklung, Vernetzung und Digitalisierung in einem Pilotprojekt des Forschungszentrums zusammengeführt. Im Vorhaben werden miniaturisierte Sensorsysteme für das kontinuierliche Vor-Ort-Monitoring von Vitalparametern am Körper entwickelt. Hier bestehen hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der bereitgestellten Information (Sensor, Sensordatenfusion und -auswertung) und Integrierbarkeit, beispielsweise in Kleidung, bezüglich Baugröße, Energieverbrauch und Sicherheit der Kommunikationsschnittstelle (Schaltungsdesign, Cybersicherheit), die von aktuellen Systemen aus dem Fitness- und Wellnessbereich keinesfalls erfüllt werden. Aktuelle Systeme liegen als Einzellösungen vor, eine Kombination von Messdaten kann dadurch nicht berücksichtigt werden, die aber besonders wertvoll ist, ein Gesamtbild über den Gesundheitszustand zu erhalten. Weiterhin sind aktuelle Systeme nicht für den dauerhaften mobilen Einsatz geeignet, die Systeme sind nicht robust, die Positionierung ist weder bezüglich der Messmethode, noch mit Blick auf die Alltagstauglichkeit optimiert.

Projektziele

In VITAL-SENSE sollen tragbare Systeme zum Echtzeit Vor-Ort-Monitoring des Gesundheitszustandes des Trägers entwickelt werden. Dazu werden etablierte Methoden (wie zum Beispiel Pulsoxymetrie, Herzfrequenzmessungen), die als Einzelkomponenten bereits in verschiedenen Anwendungen (zum Beispiel in der Medizin und im Sport) eingesetzt werden, miniaturisiert und in geeigneten Formfaktoren, die ein dauerhaftes Tragen (beispielsweise durch Integration in Bekleidung) erlauben, aufgebaut. Diese Sensorsysteme sollen mit neuartigen Sensorkonzepten zur gezielten Detektion von Zielanalyten in Atemgas und Körperflüssigkeiten, wie Schweiß, zu ganzheitlichen Bio-Monitoring-Systemen aufgebaut werden, die zuverlässige Echtzeit-Aussagen über den Gesundheitszustand des Trägers erlauben. Durch die gezielte Detektion bestimmter Analyten mittels chemischer Sensormaterialien sollen Informationen bereitgestellt werden, die nach Datenfusion und intelligenter Auswertung eine Beurteilung des Gesundheitszustandes ermöglichen. Die VITAL-SENSE Systeme werden im Verlauf des Vorhabens stetig um neue Sensorkomponenten erweitert, um durch gezielte Detektion relevanter Analyten weitere relevante Hinweise auf den Gesundheitszustand zu liefern. Hier seien beispielhaft die Detektion von Stress-Biomarkern, wie Cortisol in Schweiß und die Atemgasbiomarker, beispielsweise Isopren oder Aceton, die bei physischer Belastung auftreten, genannt.

Ein wesentlicher Aspekt der VITAL-SENSE Sensorsysteme ist die Multiparameterauswertung, die zur zuverlässigen Interpretation der Messergebnisse auch Umweltparameter, wie zum Beispiel die Außentemperatur, einbezieht und zur Evaluation der Ergebnisse berücksichtigt. Dadurch sind die neuartigen Systeme in VITAL-SENSE geeignet, deutliche Vorteile gegenüber allen bisher eingesetzten Systemen, die nur vereinzelt Parameter wie beispielsweise die Herzfrequenz oder den Blutsauerstoff messen, bereitzustellen.

Besondere Anforderungen werden an die VITAL-SENSE Systeme nicht nur im Bereich der zuverlässigen Sensorinformationen gestellt. Die Systeme müssen ebenso möglichst energiearm aufgebaut werden, um für mobile Einsätze geeignet zu sein. Eine Vision von VITAL-SENSE ist, die Sensorsysteme als dauerhaft tragbare Systeme personalisiert aufzubauen, hier werden die sichere Datenverarbeitung und sichere Kommunikation eine besondere Berücksichtigung finden.


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