Sensorik im Sitz
© Fraunhofer IIS
Atmungsaktive Textilintegration der kapazitiven Bewegungssensorik ohne Einschränkung des Sitz- und Liegekomforts. Die Sensoren (graue Strukturen im Bild) können auf nahezu beliebige textile Oberflächen aufgestickt werden.

Bewegungssensorik in Sitz- und Liegeoberflächen

Miniaturisierte, kapazitive Textilsensorik hilft Haltungsschäden vorzubeugen

Textilintegrierte Bewegungssensorik in Sitz- und Liegeoberflächen

Bewegungssensitive, textile Oberflächen für intelligente Wohn- und Arbeitsumgebungen

Viele Menschen verbringen einen Großteil ihres beruflichen Alltags im Sitzen. Die möglichen Folgen sind Rückenschmerzen, steifer Nacken oder Muskeln aufgrund der einseitigen Belastung von Wirbelsäule und Muskulatur.

Aber wie genau sitzen wir und wie müssten Sitzmöbel gestaltet sein, damit wir besser und »gesünder« sitzen?  

Dazu haben wir eine neuartige Sensortechnologie basierend auf kapazitiven Näherungssensoren entwickelt. Über die in der Sitzfläche und Rückenlehne integrierten Bewegungssensoren werden Informationen wie die Sitzposition und Bewegungen des Sitzenden gewonnen. Ähnlich eines Smartphone-Touchscreens registrieren 72 Sensoren dabei jede Bewegung in Echtzeit.

Die textilintegrierte Bewegungssensorik vereint unauffällige Sensorik zur Erfassung von Körperbewegungen und robuste Algorithmen zur Darstellung und Interpretation des Bewegungsverhaltens beim Sitzen. Die kapazitive Bewegungssensorik ist im Technologie-Demonstrator »Intelligenter Stuhl« des Fraunhofer IIS integriert.

Der »intelligente Stuhl« bietet zwei wählbare Betriebsmodi

  •  Im Analysemodus speichert der intelligente Stuhl die aufgezeichneten Daten und berechnet offline Aktivitätsparameter zur Quantifizierung des Bewegungsverhaltens des Sitzenden.
  • Im Echtzeitmodus wird das System als standardisiertes Eingabegerät zur Steuerung der Computermaus verwendet und kann so als Mensch-Maschinen Schnittstelle eingesetzt werden.

In beiden Betriebsmodi werden die Daten per Bluetooth an einen Computer geschickt, an welchem zusätzlich die Gewichtsverteilung des Sitzenden mit einer Falschfarbendarstellung visualisiert werden kann.

Messverfahren: Mutual-Capacitance-Sensing

Integrierte Sensorik in Sitz- und Liegeoberflächen
© Fraunhofer IIS
Bildschirmoberfläche der textilintegrierten Bewegungssensortechnologie des Fraunhofer IIS

Die als Matrix angeordneten kapazitiven Sensorfelder reagieren positionsgenau auf Änderungen des elektrischen Felds durch Druckbelastungen auf die Sitzfläche. Dafür wird das Prinzip der Gegenkapazitätsmessung (engl. Mutual-Capacitance-Sensing) genutzt, bei welchem pro Sensor die elektrische Kapazität zwischen zwei Elektroden gemessen wird. Die hochsensiblen Sensoren lösen minimale Kapazitätsänderungen im Messbereich von 4 pF mit einer Auflösung von 16 Bit auf.

Mögliche Anwendungsbereiche für textilintegrierte Bewegungssensorik

  • Erfassung und Interpretation des Bewegungsverhaltens beim Sitzen
    • Präventionsmaßnahmen zur Vorbeugung von muskuloskeletalen Erkrankungen
    • Rehabilitationsmaßnahmen als Anreiz für körperliche Bewegung
  • Einsatz als echtzeitfähige Mensch-Maschine-Schnittstelle
    • Assistenzsysteme zur Unterstützung von beeinträchtigten Personen
    • Serious Gaming zur Förderung von motorischen und kognitiven Fähigkeiten
    • Mobile Gaming in Fahrzeugen und Flugzeugen
    • Mediensteuerung

Die miniaturisierte Sensortechnologie und Auswerteelektronik ist vielseitig einsetzbar und kann in Sitzmöbel, Fahrzeugsitze und Liegeoberflächen integriert werden. Die geringe Sensorbauhöhe (ca. 0,5 mm) ermöglicht einen natürlichen Sitzkomfort. Der schmale Aufbau der Sensoren gewährleistet ein atmungsaktives Klima in Sitz- und Liegeoberflächen.

 

Technische Details der kapazitiven Textilsensorik

Activity plot
© Fraunhofer IIS
Kapazitive Textilsensorik des Fraunhofer IIS berechnet Aktivitäts- und Bewegungsverläufe im Vergleich zu einem Referenzsystem. Es zeigt sich ein hohe Übereinstimmung.
  • Textilintegrierte Sensorfelder
  • Sensormatrix mit 72 unabhängigen kapazitiven Sensoren
  • Schmale Sensorbauhöhe von ca. 0,5 mm
  • Atmungsaktives Klima in Sitz- und Liegeoberflächen
  • Echtzeitinterpretation der Bewegungen zur Steuerung der Computermaus
  • Berechnung von Aktivitätsparametern zur Quantifizierung des Bewegungsverhaltens
  • Übertragung der Sensordaten mittels Bluetooth

   

Hinweis

Der »intelligente Stuhl« ist derzeit noch nicht als Medizinprodukt zugelassen. Das Fraunhofer  IIS präsentiert den »intelligenten Stuhl« mit dem Ziel, Partner für weitere Entwicklung, Produktion und Vermarktung zu gewinnen. 

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Synergien bündeln unter einem Dach

 

Communication.Sensors.Analysis.

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