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Mini-Messgerät Techniker entwickeln elektronische Haut

Sie könnte Daten über unsere Muskelaktivität oder den Herzschlag messen - ohne große Geräte: Forscher haben eine Art elektronischer Haut entwickelt. Sie lässt sich wie ein Abzieh-Tattoo für Kinder aufkleben.

Washington - Auf den ersten Blick sieht das Ding aus wie ein Pflaster mit kryptischem Aufdruck. Doch es ist viel mehr - versprechen zumindest seine Erfinder: Forscher haben erstmals ein elektronisches System entwickelt, das wie ein hauchdünnes Pflaster auf der menschlichen Haut kleben kann. Die kaum sichtbare Elektronik faltet, biegt und dehnt sich und folgt so jeder Bewegung.

Aufgetragen wird das Pflaster einfach durch Anfeuchten mit Wasser - ähnlich einem temporären Tattoo. Kabel, Kleber oder ein Durchstechen der Haut mit Nadeln sind dabei nicht nötig. "Das könnte ein wichtiger Durchbruch zu tragbarer Elektronik sein", jubeln die Forscher im Fachmagazin "Science" .

"Electronic Epidermal System" (EES) heißt die Erfindung. Die Forscher setzen dafür Schaltkreise aus spiralförmig gewundenen oder membrandünnen Halbleiterbauteilen ein. Diese lassen sich dadurch dehnen, ohne zu reißen. Die nur wenige Mikrometer großen Komponenten fixieren sie auf einer transparenten, luftdurchlässigen Kunststofffolie.

"Alle etablierten Formen der Elektronik sind hart und steif. Biologie aber ist weich und elastisch. Dies ist ein Weg, beides zu integrieren", sagt Yonggang Huang von der Northwestern University, Mitglied des internationalen und interdisziplinären Entwicklerteams. Die grundsätzliche Technologie sei vielseitig abwandelbar und vergleichsweise einfach herzustellen, berichten die Forscher.

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Flexibles Material: Hauchdünne Elektrohaut

Foto: John A. Rogers

In ihren Versuchen bauten die Forscher bereits tragbare Solarzellen, RFID-Chips, Drahtlosantennen, LEDs, verschiedenste Sensoren und Schaltkreise auf ihre Plattform. Bald wollen sie die Produkte auch verkaufen. Die praktische Anwendbarkeit ihres Systems demonstrierten die Entwickler in mehreren Versuchen. Unter anderem setzten sie Probanden ihre elektronischen Pflaster auf Stirn, Hals oder Brust und maßen damit erfolgreich deren Hirnströme, Muskelsignale oder Herzschlag.

Mit einem Sensor auf der Kehle gelang es, deren Muskelsignale bei verschiedenen Sprachkommandos - "auf", "ab", "rechts", "links" - abzugreifen und damit sogar ein Computerspiel zu steuern. "Diese Fähigkeiten eröffnen Möglichkeiten für EES-basierte Mensch-Maschine-Schnittstellen", sagen die Forscher. Eingesetzt werden könnte es beispielsweise bei Patienten mit Muskel- oder Nervenerkrankungen.

Das Grundprinzip der neuen tragbaren Elektronik unterscheidet sich von herkömmlichen Technologien vor allem in einem Aspekt: Alle Bauteile funktionieren drahtlos, ohne Kabelverbindung zu einem weiteren, größeren Gerät. Da alle Komponenten auf Anpassungen bereits existierender Technologien der Halbleiterindustrie basieren, könne man die Systeme zudem beliebig skalieren.

"Das Resultat ist ein hochleistungsfähiges System, dessen Masse und Steifheit um Größenordnungen kleiner sind als die konventioneller Elektronik oder sogar der modernen flexiblen Technologien", werben die Forscher. Eines ihrer "Electronic Epidermal Systems" wiege typischerweise weniger als 0,09 Gramm.

Die neuen Module sind so klein, dass sie sich sogar auf die Rückseite eines Aufkleb-Tattoos applizieren lassen, wie die Wissenschaftler in Experimenten belegen. Das sei besonders interessant, da sich das Gerät so problemlos verstecken lasse, schreiben sie. Außerdem könne dann das Trägermaterial der Tattoos direkt auch als Träger für die Elektronik dienen.

chs/dapd
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