Hitting the Books: So könnten die Wearables von morgen aussehen

Apples Watch Ultra mit ihrem 2000-Nit-Digitaldisplay und GPS-Funktionen ist weit entfernt von ihren Vorfahren mit Automatikaufzug aus der Zeit des Unabhängigkeitskrieges. Welche Art von wundersamen am Körper montierten Technologien könnten wir in weiteren hundert Jahren sehen? In seinem neuen Buch Der Skeptiker-Leitfaden für die Zukunft, DR. Steven Novella (mit Unterstützung seiner Brüder Bob und Jay Novella) untersucht die Geschichte von Wearables und die Technologien, die es ihnen ermöglichen, zu extrapolieren, wohin weitere Fortschritte bei flexiblen Schaltkreisen, drahtloser Konnektivität und thermoelektrischer Stromerzeugung führen könnten.

Grand Central Publishing

Auszug aus dem Buch The Skeptics’ Guide to the Future: Was uns die Wissenschaft und Science-Fiction von gestern über die Welt von morgen verraten von Dr. Steven Novella, mit Bob Novella und Jay Novella. Copyright © 2022 von SGU Productions, Inc. Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von Grand Central Publishing. Alle Rechte vorbehalten.


Technologie, die Wearables ermöglicht

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei tragbarer Technologie einfach um eine Technologie, die zum Tragen entwickelt wurde, sodass sie sich mit dem Fortschritt der Technologie im Allgemeinen weiterentwickeln wird. Mit dem Fortschritt der Zeitmesstechnologie beispielsweise entwickelte sich auch die Armbanduhr, was zu den heutigen Smartwatches führte. Es gibt bestimmte Fortschritte, die sich besonders für tragbare Technologien eignen. Eine dieser Entwicklungen ist die Miniaturisierung.

Die Fähigkeit, Technologie kleiner zu machen, ist ein allgemeiner Trend, der Wearables zugute kommt, indem die Anzahl der Technologien erweitert wird, die klein genug sind, um bequem und bequem getragen zu werden. Wir alle kennen die unglaubliche Miniaturisierung in der Elektronikindustrie und insbesondere in der Computerchip-Technologie. Briefmarkengroße Chips sind heute leistungsfähiger als Computer, die in früheren Jahrzehnten ganze Räume gefüllt hätten.

Wie die hochwertigen Kameras eines typischen Smartphones zeigen, hat sich die optische Technologie bereits deutlich miniaturisiert. Es wird noch immer an kleineren Optiken geforscht, bei denen Metamaterialien verwendet werden, um Tele- und Zoomobjektive herzustellen, ohne dass sperriges Glas erforderlich ist.

„Nanotechnologie“ ist heute ein kollektives Schlagwort für Maschinen, die im mikroskopischen Maßstab gebaut werden (obwohl sie technisch noch viel kleiner ist), und natürlich wird Nanotechnologie unglaubliche Auswirkungen auf Wearables haben.

Wir stehen auch am Anfang der flexiblen Elektronik, auch „Flex Circuits“ und zusammenfassender „Flex Tech“ genannt. Dabei werden Schaltkreise auf ein flexibles Kunststoffsubstrat gedruckt, was eine weichere Technologie ermöglicht, die sich bewegt, wenn wir uns bewegen. Flexible Technologie kann leichter in Kleidung integriert werden, sogar in den Stoff eingewebt werden. Das Aufkommen von zweidimensionalen Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren, die die Grundlage von Elektronik und Schaltkreisen bilden können, sind ebenfalls sehr flexibel. Organische Schaltungen sind eine weitere Technologie, die es ermöglicht, die Schaltungen aus flexiblem Material herzustellen und nicht nur auf flexibles Material zu drucken.

Schaltungen können auch als Tätowierung direkt auf die Haut gedruckt werden, indem leitfähige Tinten verwendet werden, die als Sensoren fungieren können. Ein Unternehmen, Tech Tats, bietet bereits ein solches Tattoo für medizinische Überwachungszwecke an. Die Tinte wird in die oberen Hautschichten gedruckt, sie sind also nicht dauerhaft. Sie können Dinge wie die Herzfrequenz überwachen und diese Informationen drahtlos an ein Smartphone übertragen.

Tragbare Elektronik muss mit Strom versorgt werden. Kleine Uhrenbatterien gibt es bereits, aber sie haben endliche Energie. Glücklicherweise werden derzeit eine Vielzahl von Technologien entwickelt, die kleine Mengen an Energie aus der Umwelt gewinnen können, um Wearables (zusätzlich zu implantierbaren Geräten und anderer kleiner Elektronik) mit Strom zu versorgen. Das vielleicht früheste Beispiel dafür war die Automatikuhr, deren erster Beweis aus dem Jahr 1776 stammt. Der Schweizer Uhrmacher Abraham-Louis Perrelet entwickelte eine Taschenuhr mit einem Pendel, das die Uhr aus der Bewegung des normalen Gehens aufzog. Berichten zufolge dauerte es etwa fünfzehn Minuten zu Fuß, bis er vollständig verwundet war.

Es gibt auch Möglichkeiten, elektrische Energie zu erzeugen, die nicht nur mechanische Energie ist. In der Umwelt existieren vier Arten von Umgebungsenergie – mechanisch, thermisch, strahlend (z. B. Sonnenlicht) und chemisch. Die piezoelektrische Technologie beispielsweise wandelt aufgebrachte mechanische Spannungen in elektrischen Strom um. Die mechanische Kraft kann durch den Aufprall Ihres Fußes auf den Boden oder einfach durch die Bewegung Ihrer Gliedmaßen oder sogar durch das Atmen entstehen. Quarz und Knochen sind piezoelektrische Materialien, können aber auch als Bariumtitanat und Bleizirkonattitanat hergestellt werden. Elektrostatische und elektromagnetische Geräte gewinnen mechanische Energie in Form von Schwingungen.

Es gibt thermoelektrische Generatoren, die aus Temperaturunterschieden Strom erzeugen können. Da Menschen warmblütige Säugetiere sind, kann aus der Abwärme, die wir ständig abgeben, eine beträchtliche Menge Strom erzeugt werden. Es gibt auch thermoelektrische Generatoren aus flexiblem Material, die Flex-Tech mit Energy Harvesting kombinieren. Diese Technologie befindet sich derzeit überwiegend in der Prototypenphase. Beispielsweise veröffentlichten Ingenieure im Jahr 2021 die Entwicklung eines flexiblen thermoelektrischen Generators aus einem Aerogel-Silikon-Verbundstoff mit eingebetteten Flüssigmetallleitern, der zu einem flexiblen Material führte, das am Handgelenk getragen werden konnte und genug Strom erzeugen konnte, um ein kleines Gerät mit Strom zu versorgen.

Strahlungsenergie der Umgebung in Form von Sonnenlicht kann durch den photoelektrischen Effekt in Elektrizität umgewandelt werden. Dies ist die Grundlage von Solarmodulen, aber auch kleine und flexible Solarmodule können in tragbare Geräte integriert werden.

Alle diese Energy-Harvesting-Technologien können auch als Sensortechnologie dienen – sie können Wärme, Licht, Vibration oder mechanische Belastung erfassen und als Reaktion darauf ein Signal erzeugen. Winzige Sensoren mit eigener Stromversorgung können daher in unserer Technologie allgegenwärtig sein.

Die Zukunft der tragbaren Technologie

Die Technologie für kleine, flexible, selbstversorgende und langlebige elektronische Geräte und Sensoren, die mit drahtloser Technologie und fortschrittlicher miniaturisierter Digitaltechnologie ausgestattet sind, existiert bereits oder steht kurz davor. Wir können daher vorhandene Werkzeuge und Geräte in tragbare Versionen umwandeln oder sie verwenden, um neue Optionen für tragbare Technologie zu erkunden. Wir können auch zunehmend digitale Technologie in unsere Kleidung, unseren Schmuck und unsere tragbare Ausrüstung integrieren. Das bedeutet, dass sich Wearable Tech wahrscheinlich zunehmend von passiven Objekten zu aktiver Technologie verlagern wird, die in den Rest unseres digitalen Lebens integriert ist.

Hier gibt es einige offensichtliche Anwendungen, auch wenn es schwierig ist, vorherzusagen, was die Leute als nützlich, als störend oder einfach als nutzlos empfinden werden. Smartphones sind bereits zu Smartwatches geworden, oder sie können für erweiterte Funktionen miteinander gekoppelt werden. Google Glass ist ein früher Versuch, Computertechnologie in tragbare Brillen zu integrieren, und wir wissen, wie es aufgenommen wurde.

Wenn wir diese Technologie extrapolieren, ist eine Manifestation, dass die Kleidung und Ausrüstung, die wir bereits tragen, in elektronische Geräte umgewandelt werden können, die wir bereits verwenden, oder sie können mit neuen Funktionen erweitert werden, die vorhandene Geräte ersetzen oder unterstützen.

Wir können zum Beispiel weiterhin ein Smartphone als Drehscheibe unserer tragbaren Elektronik verwenden. Vielleicht wird dieses Smartphone nicht nur wie bisher mit drahtlosen Ohrhörern verbunden, sondern auch mit einem in die Brille integrierten drahtlosen Monitor oder mit Sensoren, die die Vitalwerte oder die tägliche Aktivität überwachen. Potenziell könnte das Telefon mit jedem Gerät auf der Welt kommunizieren, sodass es automatisch Ihre Arztpraxis bezüglich etwaiger Änderungen kontaktieren oder gegebenenfalls den Notdienst kontaktieren könnte.

Tragbare Kameras könnten auch die Umgebung überwachen und aufzeichnen, nicht nur zu Dokumentationszwecken, sondern auch, um Menschen zu gewünschten Orten oder Diensten zu leiten oder die Polizei zu kontaktieren, wenn ein Verbrechen oder eine Katastrophe im Gange ist.

Da unsere Geräte zunehmend Teil des „Internets der Dinge“ werden, werden auch wir durch das, was wir tragen, oder was aufgedruckt oder unter unsere Haut implantiert ist, Teil dieses Internets. Wir könnten im wahrsten Sinne des Wortes Teil unseres Zuhauses, Büros, Arbeitsplatzes oder Autos werden, als ein integriertes technologisches Ganzes.

Wir haben vor allem den Alltag betrachtet, aber es wird auch Wearable Tech für besondere Berufe und Situationen geben. Eine extreme Variante davon sind Exosuits für industrielle oder militärische Anwendungen. Denken Sie an Iron Man, obwohl dieses technische Niveau derzeit Fantasie ist. Es gibt keine tragbare Energiequelle, die mit dem Lichtbogenreaktor von Iron Man mithalten kann, und es scheint keinen Ort zu geben, an dem die enormen Mengen an Treibstoff aufbewahrt werden können, die erforderlich sind, um so zu fliegen, wie er es tut.

Realistischere Versionen industrieller Exosuits sind bereits Realität und werden nur noch besser. Eine bessere Sci-Fi-Analogie könnte der Loader-Exo-Anzug sein, den Ripley darin trägt Ausländer. Angetriebene Metall-Exoanzüge für Bauarbeiter werden seit Jahrzehnten entwickelt. Das früheste Beispiel ist der Hardiman, der zwischen 1965 und 1971 von General Electric entwickelt wurde. Dieses Projekt schlug im Wesentlichen fehl und der Hardiman wurde nie verwendet, aber seitdem wurde die Entwicklung fortgesetzt. Die Anwendungen waren hauptsächlich medizinischer Natur, beispielsweise um Menschen mit Lähmungen beim Gehen zu helfen. Industrielle Anwendungen sind noch minimal und umfassen noch keine Ganzkörperanzüge. Solche Anzüge können jedoch theoretisch die Kraft der Arbeiter erheblich steigern, sodass sie schwere Lasten tragen können. Sie könnten auch Werkzeuge integrieren, die sie normalerweise verwenden würden, wie Nietpistolen und Schweißgeräte.

Militärische Anwendungen für angetriebene Exosuits würden wahrscheinlich Rüstungen, visuelle Hilfsmittel wie Infrarot- oder Nachtsichtbrillen, Waffen und Zielsysteme sowie Kommunikation umfassen. Solche Exosuits könnten einen einzelnen Soldaten nicht nur in eine verbesserte Infanterie verwandeln, sondern auch in einen Panzer, Artillerie, Kommunikation, Sanitäter und Maultier für Vorräte.

Die militärische Entwicklung könnte auch die Technologie für integrierte medizinische Notfallprotokolle vorantreiben. Ein Anzug könnte automatisch Druck auf eine Wunde ausüben, um Blutungen zu reduzieren. Es gibt bereits Druckhosen, die einen Schock verhindern, indem sie helfen, den Blutdruck aufrechtzuerhalten. Ehrgeizigere Technologien könnten automatisch Medikamente injizieren, um der chemischen Kriegsführung entgegenzuwirken, den Blutdruck zu erhöhen, Schmerzen zu lindern oder Infektionen vorzubeugen. Diese könnten entweder von der KI an Bord oder von einem Schlachtfeldsanitäter ferngesteuert werden, der die Soldaten unter ihrer Aufsicht überwacht und über ihre Anzüge aus der Ferne Maßnahmen ergreift.

Sobald diese Art von Technologie ausgereift ist, kann sie zu zivilen Anwendungen durchsickern. Jemand mit lebensbedrohlichen Allergien könnte Epinephrin zur Injektion bei sich tragen, oder er könnte einen Autoinjektor tragen, der es nach Bedarf dosiert, oder er könnte von einem Rettungsdienst aus der Ferne ausgelöst werden.

Alles, was bisher besprochen wurde, ist eine Extrapolation bestehender Technologie, und diese ausgereifteren Anwendungen sind in etwa fünfzig Jahren realisierbar. Was ist mit der fernen Zukunft? Hier kommt wahrscheinlich die Nanotechnologie ins Spiel. Stellen Sie sich vor, Sie tragen einen Nanosuit, der wie eine zweite Haut sitzt, aber aus programmierbarem und rekonfigurierbarem Material besteht. Es kann auf Befehl jedes weltliche physische Objekt formen, das Sie benötigen. Im Wesentlichen wäre der Anzug jedes Werkzeug, das jemals hergestellt wurde.

Sie können Ihre Mode auch nach Bedarf ändern. Wechseln Sie von lässig am Morgen zu Business Casual für ein Meeting und dann formell für eine Dinnerparty, ohne sich jemals umziehen zu müssen. Über bloße Mode hinaus könnte dies ein programmierbares Cosplay sein – willst du ein Pirat oder ein Werwolf sein? Praktischer gesagt könnte eine solche Nanoskin bei Wärme gut belüftet sein und sich bei Kälte für eine gute Isolierung aufblähen. Tatsächlich könnte es Ihre Hauttemperatur für maximalen Komfort automatisch anpassen.

Ein solches Material kann weich und bequem sein, sich jedoch aufblähen und hart werden, wenn es auf Gewalt trifft, und im Wesentlichen als hochwirksame Rüstung fungieren. Wenn Sie verletzt sind, kann es Blutungen stillen, den Druck aufrechterhalten und bei Bedarf sogar Herzdruckmassagen durchführen. Sobald eine solche zweite Haut weit verbreitet ist, kann ein Leben ohne sie schnell unvorstellbar und beängstigend werden.

Tragbare Technologie kann aufgrund der Bequemlichkeit und Effektivität, sie mit uns herumzutragen, zur ultimativen kleinen oder tragbaren Technologie werden. Wie gezeigt, könnten viele der Technologien, die wir diskutieren, in tragbarer Technologie zusammenlaufen, was eine gute Erinnerung daran ist, dass wir, wenn wir versuchen, uns die Zukunft vorzustellen, nicht einfach eine Technologie extrapolieren können, sondern berücksichtigen müssen, wie alle Technologien interagieren werden. Möglicherweise stellen wir unsere Wearables aus 2D-Materialien her, angetrieben von KI und Robotertechnologie, mit einer Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine, die wir für die virtuelle Realität verwenden. Wir können auch kundenspezifische Wearables mit additiver Fertigung erstellen, indem wir unseren 3D-Heimdrucker verwenden.

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Author: admin

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