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Jun 29, 2023

Hitting the Books: Wie die Wearables von morgen aussehen könnten

Apples Watch Ultra mit ihrem 2000-Nit-Digitaldisplay und GPS-Funktionen ist es

Apples Watch Ultra ist mit ihrem 2000-Nits-Digitaldisplay und GPS-Fähigkeiten weit entfernt von ihren Automatik-Vorgängern aus der Zeit des Unabhängigkeitskrieges. Welche wundersamen, am Körper montierten Technologien könnten wir in hundert Jahren noch sehen? In seinem neuen Buch „The Skeptic's Guide to the Future“ untersucht Dr. Steven Novella (mit Unterstützung seiner Brüder Bob und Jay Novella) die Geschichte von Wearables und die Technologien, die es ihnen ermöglichen, zu extrapolieren, wo weitere Fortschritte bei flexiblen Schaltkreisen und drahtloser Konnektivität liegen und die thermoelektrische Stromerzeugung könnte führen.

Auszug aus dem Buch „The Skeptics' Guide to the Future: What Yesterday's Science and Science Fiction Tell Us About the World of Tomorrow“ von Dr. Steven Novella, mit Bob Novella und Jay Novella. Copyright © 2022 bei SGU Productions, Inc. Nachdruck mit Genehmigung von Grand Central Publishing. Alle Rechte vorbehalten.

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei Wearable-Technologie einfach um Technologie, die zum Tragen entwickelt wurde. Sie wird sich also weiterentwickeln, wenn die Technologie allgemein voranschreitet. Mit der Weiterentwicklung der Zeitmesstechnik entwickelte sich beispielsweise 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 Möglichkeit, Technologie kleiner zu machen, ist ein allgemeiner Trend, der Wearables zugute kommt, indem die Anzahl der Technologien erhöht wird, die klein genug sind, um bequem und bequem getragen zu werden. Wir alle kennen mittlerweile 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.

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Wie die hochwertigen Kameras eines typischen Smartphones belegen, ist die optische Technologie bereits deutlich miniaturisiert. Es wird weiterhin an kleineren Optiken geforscht, bei denen Metamaterialien zur Herstellung von Tele- und Zoomobjektiven verwendet werden, ohne dass sperriges Glas erforderlich ist.

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

Wir stehen auch am Anfang der flexiblen Elektronik, auch „Flex-Schaltkreise“ oder allgemeiner „Flex-Technologie“ genannt. Dabei werden Schaltkreise auf ein flexibles Kunststoffsubstrat gedruckt, was eine weichere Technologie ermöglicht, die sich mitbewegt, wenn wir uns bewegen. Flexible Technologie lässt sich leichter in Kleidung integrieren und sogar in den Stoff einweben. Das Aufkommen zweidimensionaler Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren, die die Grundlage für Elektronik und Schaltkreise bilden können, sind ebenfalls äußerst flexibel. Organische Schaltkreise sind eine weitere Technologie, die es ermöglicht, Schaltkreise aus flexiblem Material herzustellen und nicht nur auf flexibles Material zu drucken.

Schaltkreise können auch als Tätowierung direkt auf die Haut gedruckt werden, wobei 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 und ist daher nicht dauerhaft. Sie können Dinge wie die Herzfrequenz überwachen und diese Informationen drahtlos an ein Smartphone übermitteln.

Tragbare Elektronik muss mit Strom versorgt werden. Es gibt bereits kleine Uhrenbatterien, aber ihre Energie ist begrenzt. Glücklicherweise werden zahlreiche Technologien entwickelt, mit denen kleine Mengen Energie aus der Umwelt gewonnen werden können, um tragbare Geräte (zusätzlich zu implantierbaren Geräten und anderen kleinen elektronischen Geräten) mit Strom zu versorgen. Das vielleicht früheste Beispiel dafür war die Automatikuhr, deren erste Beweise aus dem Jahr 1776 stammen. Der Schweizer Uhrmacher Abraham-Louis Perrelet entwickelte eine Taschenuhr mit einem Pendel, das die Uhr durch die Bewegung des normalen Gehens aufzog. Berichten zufolge dauerte es etwa fünfzehn Minuten zu Fuß, bis es vollständig aufgezogen war.

Es gibt auch Möglichkeiten, elektrischen Strom zu erzeugen, der nicht nur mechanischer Strom ist. In der Umwelt gibt es vier Arten von Umgebungsenergie: mechanische, thermische, strahlende (z. B. Sonnenlicht) und chemische. Die piezoelektrische Technologie wandelt beispielsweise die aufgebrachte mechanische Spannung 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 die Atmung entstehen. Quarz und Knochen sind piezoelektrische Materialien, sie können aber auch als Bariumtitanat und Bleizirkonat-Titanat hergestellt werden. Elektrostatische und elektromagnetische Geräte gewinnen mechanische Energie in Form von Vibrationen.

Es gibt thermoelektrische Generatoren, die aus Temperaturunterschieden Strom erzeugen können. Da der Mensch ein warmblütiges Säugetier ist, kann aus der Abwärme, die er ständig abgibt, eine beträchtliche Menge Strom erzeugt werden. Es gibt auch thermoelektrische Generatoren aus flexiblem Material, die Flex-Technologie mit Energiegewinnung kombinieren. Diese Technologie befindet sich derzeit größtenteils in der Prototypenphase. Beispielsweise veröffentlichten Ingenieure im Jahr 2021 die Entwicklung eines flexiblen thermoelektrischen Generators aus einem Aerogel-Silikon-Verbundwerkstoff mit eingebetteten Flüssigmetallleitern, der zu einem flexiblen Gerät führte, das am Handgelenk getragen werden konnte und genug Strom erzeugen konnte, um ein kleines Gerät mit Strom zu versorgen.

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

Alle diese Energiegewinnungstechnologien können auch als Sensortechnologie fungieren – sie können Wärme, Licht, Vibration oder mechanische Belastung erfassen und als Reaktion darauf ein Signal erzeugen. Winzige energieautarke Sensoren können daher in unserer Technologie allgegenwärtig sein.

Die Technologie für kleine, flexible, energieautarke und langlebige elektronische Geräte und Sensoren, integriert mit drahtloser Technologie und fortschrittlicher miniaturisierter digitaler Technologie, ist bereits vorhanden oder steht kurz davor. Daher können wir vorhandene Werkzeuge und Geräte in tragbare Versionen umwandeln oder sie nutzen, um neue Optionen für tragbare Technologie zu erkunden. Wir können digitale Technologie auch zunehmend in unsere Kleidung, unseren Schmuck und unsere tragbare Ausrüstung integrieren. Dies bedeutet, dass sich tragbare Technologien wahrscheinlich zunehmend von passiven Objekten zu aktiven Technologien entwickeln werden, die in den Rest unseres digitalen Lebens integriert werden.

Hier gibt es einige offensichtliche Anwendungen, auch wenn es schwer vorherzusagen ist, was die Leute nützlich, nervig oder einfach nutzlos finden werden. Smartphones sind bereits zu Smartwatches geworden, oder sie können für erweiterte Funktionalität 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 kann, die wir bereits verwenden, oder dass sie mit neuen Funktionen erweitert werden können, die bestehende Geräte ersetzen oder unterstützen.

Wir können beispielsweise weiterhin ein Smartphone als Drehscheibe für unsere tragbaren Elektronikgeräte verwenden. Möglicherweise wird dieses Smartphone nicht nur wie bisher mit drahtlosen Ohrhörern verbunden, sondern auch mit einem drahtlosen Monitor, der in eine Brille integriert ist, oder mit Sensoren, die Gesundheitswerte oder tägliche Aktivitäten überwachen. Potenziell könnte das Telefon mit jedem Gerät auf der Welt kommunizieren und so automatisch Ihre Arztpraxis bezüglich etwaiger Änderungen kontaktieren oder gegebenenfalls den Notdienst verständigen.

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, was auf unsere Haut gedruckt oder unter unsere Haut implantiert wird, 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 an das alltägliche Leben gedacht, aber es wird auch tragbare Technologien für spezielle Berufe und Situationen geben. Eine extreme Variante davon sind Exoanzüge 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 man die riesigen Treibstoffmengen lagern kann, die für seinen Flug erforderlich sind.

Realistischere Versionen industrieller Exoanzüge sind bereits Realität und werden nur noch besser. Eine bessere Science-Fiction-Analogie könnte der Loader-Exo-Anzug sein, den Ripley in „Aliens“ trägt. Angetriebene Metall-Exoanzüge für Bauarbeiter werden seit Jahrzehnten entwickelt. Das früheste Beispiel ist der Hardiman, der von General Electric zwischen 1965 und 1971 entwickelt wurde. Dieses Projekt scheiterte im Wesentlichen 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. Die industrielle Nutzung ist noch minimal und umfasst noch keine Ganzkörperanzüge. Allerdings können solche Anzüge theoretisch die Kraft von Arbeitern erheblich steigern und es ihnen ermöglichen, schwere Lasten zu tragen. Sie könnten auch Werkzeuge einbauen, die sie normalerweise verwenden würden, wie zum Beispiel Nietpistolen und Schweißgeräte.

Militärische Anwendungen für angetriebene Exoanzüge würden wahrscheinlich Panzerungen, Sehhilfen wie Infrarot- oder Nachtsichtbrillen, Waffen und Zielsysteme sowie Kommunikation umfassen. Solche Exoanzüge könnten einen einzelnen Soldaten nicht nur in eine verstärkte Infanterie, sondern auch in einen Panzer, eine Artillerie, eine Kommunikationseinheit, einen Sanitäter und einen Maultier für Nachschub verwandeln.

Die militärische Entwicklung könnte auch die Technologie für integrierte 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 zur Aufrechterhaltung des Blutdrucks beitragen. Ehrgeizigere Technologien könnten automatisch Medikamente injizieren, um der chemischen Kriegsführung entgegenzuwirken, den Blutdruck zu erhöhen, Schmerzen zu lindern oder Infektionen vorzubeugen. Diese könnten entweder durch eine Bord-KI oder aus der Ferne durch einen Gefechtsfeldsanitäter gesteuert werden, der die von ihm überwachten Soldaten überwacht und über ihre Anzüge aus der Ferne Maßnahmen ergreift.

Sobald diese Art von Technologie ausgereift ist, kann sie auf zivile Anwendungen übertragen werden. Jemand mit lebensbedrohlichen Allergien könnte Adrenalin zur Injektion bei sich tragen, oder er könnte einen Autoinjektor tragen, der die Dosis nach Bedarf dosiert, oder er könnte von einem Rettungsdienst aus der Ferne ausgelöst werden.

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

Sie können Ihre Mode auch bei Bedarf ändern. Gehen Sie von lässig am Morgen zu Business-leger für ein Meeting und dann formell für eine Dinnerparty, ohne jemals Ihre Kleidung zu wechseln. Über reine Mode hinaus könnte dies programmierbares Cosplay sein – möchten Sie ein Pirat oder ein Werwolf sein? Praktischer könnte eine solche Nanohaut bei Wärme gut belüftet sein und sich bei Kälte für eine gute Isolierung aufblähen. Tatsächlich könnte es Ihre Hauttemperatur automatisch anpassen, um maximalen Komfort zu gewährleisten.

Solches Material kann weich und bequem sein, sich jedoch zusammenballen und hart werden, wenn es Kraft ausgesetzt wird, und so im Wesentlichen als hochwirksame Panzerung fungieren. Wenn Sie verletzt sind, kann dies Blutungen stoppen, den Druck aufrechterhalten und bei Bedarf sogar eine Herzdruckmassage durchführen. Sobald eine solche zweite Haut weit verbreitet ist, kann ein Leben ohne sie sogar schnell unvorstellbar und beängstigend werden.

Tragbare Technologie könnte sich zur ultimativen kleinen oder tragbaren Technologie entwickeln, da sie bequem und effektiv mit uns herumtragbar ist. Wie gezeigt, könnten viele der Technologien, über die wir diskutieren, in der Wearable-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 durch KI und Robotertechnologie, mit einer Gehirn-Maschine-Schnittstelle, die wir für die virtuelle Realität nutzen. Möglicherweise erstellen wir auch maßgeschneiderte Wearables mithilfe der additiven Fertigung mithilfe unseres heimischen 3D-Druckers.