{"id":12989,"date":"2026-03-05T08:30:00","date_gmt":"2026-03-05T07:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/?p=12989"},"modified":"2026-03-04T13:12:56","modified_gmt":"2026-03-04T12:12:56","slug":"miniaturisierung-wearables-medizintechnik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/medtech-ingenieur.de\/en\/miniaturisierung-wearables-medizintechnik\/","title":{"rendered":"Miniaturization of wearables in medical technology"},"content":{"rendered":"

Miniaturisierung in Wearables – Chancen und Herausforderungen f\u00fcr die Hardwareentwicklung<\/h2>\n

Als Beginn der Erfassung von Vitalparametern mithilfe von Wearables kann man die Fitnessuhren von Polar in den 80ern sehen, die Kreislaufdaten anzeigen konnten, die mit einem Brustgurt gemessen wurden. Im Jahr 2006 kam das Nokia 5500 Sport auf den Markt das mithilfe eines 3D-Beschleunigungssensors Bewegung erfassen konnte. 2007 wird Fitbit gegr\u00fcndet, wohl jeder verbindet Fitnessarmb\u00e4nder mit dem US-Unternehmen. Am Anfang handelte es sich noch um einen Schrittz\u00e4hler, der an der Hose getragen wurde. Die Fitnessarmb\u00e4nder k\u00f6nnen sp\u00e4ter die Herzfrequenz messen oder den Schlaf \u00fcberwachen.<\/p>\n

Apple steigt in den Markt 2015 mit der Apple Watch ein, die Herzfrequenzmessung, Schlafanalyse und GPS-Tracking beinhaltet. Es folgen weitere Hersteller wie Xiaomi, Samsung oder Garmin. Dabei wurden die Ger\u00e4te um immer mehr Funktionen erweitert wie etwa EKG-Messungen, die Akkulaufzeiten verl\u00e4ngert und das Design verkleinert sowie das Gewicht reduziert. Auf die Spitze der Miniaturisierung trieb das Ganze dann das finnische Unternehmen Oura, welches all diese Funktionen in einen Smart Ring integrierte.<\/p>\n

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Polar Sport Tester PE 2000 | 1977<\/p>\n

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FitBit Inspire 3 | 2022<\/p>\n

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Oura smart Ring Gen. 4 | 2024<\/p>\n

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Urspr\u00fcngliche FitBit als Hosenclip | 2009<\/p>\n

Wearables in der Gesundheits\u00fcberwachung<\/h2>\n

Dabei sind die Anwender nicht mehr nur Athleten und Hobby Sportler, die ihre Leistung verbessern wollen, sondern die Wearables finden auch Anwendung in der Gesundheits\u00fcberwachung. Neben den oben beschriebenen Funktionen k\u00f6nnen auch die Sauerstoffs\u00e4ttigung, K\u00f6rpertemperatur, Atemfrequenz, Blutdruck, elektrodermale Aktivit\u00e4t und Blutzuckerspiegel \u00fcberwacht werden. St\u00fcrze k\u00f6nnen erkannt werden. Aber auch Herzrhythmusst\u00f6rungen und Herzfrequenzvariabilit\u00e4t k\u00f6nnen \u00fcber die EKG-Funktion aufgezeichnet werden. Davon k\u00f6nnen \u00c4ltere oder Menschen mit chronischen Erkrankungen besonders profitieren. Zum Beispiel Menschen mit der Parkinsonkrankheit, wie wir auch schonmal in diesem Blogartikel<\/a> vorgestellt haben.<\/p>\n

Warum Miniaturisierung in Wearables entscheidend ist<\/h2>\n

Komfort, Akzeptanz und kontinuierliches Monitoring<\/strong><\/p>\n

Die Miniaturisierung bringt gro\u00dfe Vorteile mit sich, auf die wir nun etwas n\u00e4her eingehen. Zuallererst steigert es den Komfort und die Akzeptanz, denn je unauff\u00e4lliger und bequemer das Wearable ist, desto gr\u00f6\u00dfer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es dauerhaft getragen wird. Somit wird ein kontinuierliches Monitoring der Gesundheitsdaten erm\u00f6glicht. W\u00fcrden sie lieber den Oura Ring anstecken oder jeden Tag einen Brustgurt anlegen?<\/p>\n

Neue Anwendungsfelder durch kompakte Bauformen<\/strong>Durch die kleinere Bauform werden auch neue Anwendungsgebiete erschlossen. Neben der kontinuierlichen \u00dcberwachung von Schlaf und Aktivit\u00e4t mittels Tracker am Handgelenk k\u00f6nnen auch Hearables eingesetzt werden, also Biomonitoring mithilfe von Kopfh\u00f6rern.<\/p>\n

Technische Herausforderungen der Miniaturisierung f\u00fcr Hardwareentwickler<\/h2>\n

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Die Gr\u00f6\u00dfe unserer Platine f\u00fcr einen Ganganalysesensor<\/p>\n

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All diese Funktionen in ein m\u00f6glichst kleines Geh\u00e4use zu integrieren stellt die Hardwareentwickler zunehmend vor gro\u00dfe Herausforderungen.<\/p>\n

Zu Beginn w\u00e4re da das Problem der Energieversorgung<\/strong>. Die Funktionalit\u00e4t erweitert sich, meist ist eine Bluetooth Integration mit App Standard. Der winzige Akku muss nicht nur die Sensoren sondern auch die leistungsf\u00e4hige CPU sowie Funkmodule und eventuell ein Display mit Strom versorgen. Dabei setzt man v.a. auf energieeffiziente low-power-Prozessoren, aber auch Energieharvesting kann genutzt werden. Dabei wird Energie zum Beispiel aus der Bewegung des Anwenders gewonnen.<\/p>\n

Wenn Sensoren, Antennen und Prozessoren auf immer kleineren Leiterplatten Platz finden muss das Layout<\/strong> genauestens durchdacht sein. Sonst kann es schnell zu Signalinterferenzen oder elektromagnetischen St\u00f6rungen kommen.<\/p>\n

Die Gr\u00f6\u00dfe des Wearables wird ma\u00dfgeblich von der Gr\u00f6\u00dfe der Komponenten beeinflusst. Bei elektronischen Bauteilen ist die Miniaturisierung seit jeher ein Thema. Wir haben selbst schon Sensoren und Prozessoren in BGA-Bauformen mit 0,35 mm Pitch verwendet.<\/p>\n

Bei der Entflechtung solcher Bauteile kommen spezielle Techniken wie Stacked Microvias oder Buried-Vias zum Einsatz, die hohe Anforderungen an den Herstellungsprozess der Leiterplatten zur Folge haben und damit auch die Kosten steigen lassen<\/p>\n

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Praxisbeispiel: Miniaturisierte Sensorik in der mobilen Ganganalyse<\/h2>\n

Eines der Beispiele f\u00fcr den Nutzen der Miniaturisierung ist die moderne Ganganalyse wie im Blogartikel \u00fcber Portabiles (zum Blog<\/a>) besprochen. Fr\u00fcher war diese auf spezielle Labore mit teuren Hochgeschwindigkeitskameras und Kraftmessplatten beschr\u00e4nkt. Heute steckt diese Technologie in einer cleveren Schuh-Einlegesohle oder einem Sensor am Schuh. Diese Entwicklung revolutioniert pr\u00e4ventive Medizin, Sport und Rehabilitation.<\/p>\n

In einem Sensor f\u00fcr die Ganganalyse k\u00f6nnen viele Sensoren stecken, ein Beschleunigungssensor in Kombination mit Gyroskop misst die Beschleunigung und Rotation. Diese Daten k\u00f6nnen dann z.B. mit einem Magnetometer oder Drucksensoren erweitert werden.<\/p>\n

Mithilfe von Algorithmen k\u00f6nnen die Daten aussagekr\u00e4ftige Informationen \u00fcber Schrittl\u00e4nge, Ganggeschwindigkeit, Rhythmus, Symmetrie oder sogar die Bewegungsfreiheit von Gelenken liefern.<\/p>\n

So k\u00f6nnen diverse Krankheitsbilder fr\u00fchzeitig entdeckt bzw. behandelt werden.<\/p>\n

1. Neurologische Erkrankungen & neurodegenerative Erkrankungen<\/p>\n