Wir zeigen, wo der Schuh drückt!

© Fraunhofer IIS

Mit einer neuen textilintegrierten Sensorik können Druckbelastungen am Fuß dreidimensional gemessen werden.

© Fraunhofer IIS/Johann Hauer

Das Herzstück der Entwicklung: Layout der integrierten 40-kanaligen kapazitiven Druckmessschaltung

Neue textilintegrierte Sensorik misst Druckbelastung am Fuß und schickt Messdaten aufs Smartphone.

Diabetes-Kranke haben häufig kein Schmerzempfinden in den Füßen, sodass Wunden oder schmerzhafte Druckgeschwüre entstehen können. Ein neuartiger Messstrumpf kann dies verhindern: Er überwacht den Druck an den Füßen und warnt vor unangenehmen oder gefährlichen Druckstellen. Anders als bisherige Systeme, die den Druck nur kurzfristig an der Unterseite des Fußes erfassen, misst der elektronische Spezialstrumpf die Druckverteilung an Sohle, Ferse, Fußspann und Knöchel und zeichnet die Signale dreidimensional auf.

Etwa 40 weiche Drucksensoren messen den Druck im Schuh beim Laufen und Stehen. Die Sensoren bestehen aus einer stark dehnbaren, weichen Elastomerfolie aus Silikon, die sich gut in Textilien integrieren lässt. Die Folie wird im Siebdruckverfahren aus leitenden und isolierenden Schichten aufgebaut. Sie verhält sich wie ein kapazitiver Drucksensor. Bei Druck oder Dehnung verformt sich die Folie und verändert damit die elektrische Kapazität des Sensors. Dieser Effekt ist messbar. Bis zu 40 dieser ein Quadratzentimeter großen Sensoren sind nach orthopädischen Vorgaben auf dem Messstrumpf verklebt. Über einen leitfähigen Polymerfaden, der in das Gewebe eingewirkt ist, sind die Drucksensoren an eine flexible Elektronik im Sockenbund angeschlossen.

Die Elektronik besteht aus einem ASIC-Chip, einem Controller und einer Bluetooth-Funkschnittstelle. Erst durch die Integration der 40 Messkanäle in einen ASIC war es möglich, die Elektronik für diese flexible Anwendung zu realisieren. Mit der drahtlosen Datenübertragung können die Messwerte auf einem Smartphone oder einem Tablet dargestellt werden, das den Diabetes-Kranken anzeigt, ob die Fußhaltung oder Belastung geändert werden soll.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Der Spezialstrumpf eignet sich für die Langzeitüberwachung von Diabetes-Kranken ebenso wie für die Analyse von Gang und Haltung in der Orthopädie, aber auch für den Einsatz im Sport- oder Fitnessbereich. Im Laufsport können damit beispielsweise der Laufstil und die Fußhaltung kontrolliert werden. Das neuartige Messsystem wurde in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC und dem Zentrum für Telematik der Universität Würzburg entwickelt. Die Entwicklung wurde durch eine interne Förderung der Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt.