Wissenschaftler zeigen, wie Kopfgewebe sicher als Übertragungsmedium für am Kopf getragene Elektronik verwendet werden kann

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Moderne tragbare Geräte sind das Ergebnis großer Fortschritte bei der Miniaturisierung und drahtlosen Kommunikation. Da diese Geräte jetzt ohne Funktionsverlust noch kleiner und leichter gemacht werden können, ist es wahrscheinlich, dass sich ein großer Teil der Elektronik der nächsten Generation um tragbare Technologie drehen wird. Damit Wearables jedoch wirklich tragbare Geräte übertreffen, müssen wir die Art und Weise, wie Geräte miteinander als “Wireless Body Area Networks” (oder WBANs) kommunizieren, überdenken. Der übliche Ansatz, eine Antenne zu verwenden, um Signale in die Umgebung abzustrahlen, während man hofft, einen Empfänger zu erreichen, reicht für Wearables nicht aus. Diese Übertragungsmethode erfordert jedoch nicht nur viel Energie, sondern kann auch aus Sicht der Cybersicherheit unsicher sein. Darüber hinaus stellt auch der menschliche Körper selbst ein großes Hindernis dar, da er elektromagnetische Strahlung absorbiert und Signale blockiert.

Aber welche Alternativen haben wir für tragbare Technologie? Ein vielversprechender Ansatz ist die „Human Body Communication“ (HBC), bei der der Körper selbst als Medium zur Signalübertragung genutzt wird. Die Hauptidee ist, dass sich einige elektrische Felder sehr effizient im Körper ausbreiten können, ohne in die Umgebung zu gelangen. Durch die Verbindung von auf der Haut getragenen Geräten mit Elektroden können wir ihnen ermöglichen, mit relativ niedrigeren Frequenzen miteinander zu kommunizieren, als sie in herkömmlichen drahtlosen Protokollen wie Bluetooth verwendet werden. Aber selbst die Forschung zu HBC begann über zwei Jahrzehnte, diese Technologie wurde jedoch nicht in großem Maßstab eingesetzt.

Um das volle Potenzial von HBC zu erkunden, konzentrierten sich Forscher aus Japan, darunter Dr. Dairoku Muramatsu von der Tokyo University of Science und Professor Ken Sasaki von der University of Tokyo, auf die Verwendung von HBC für eine noch unerforschte Anwendung: binaurale Hörgeräte. Solche Hörhilfegeräte werden paarweise geliefert – eines für jedes Ohr – und verbessern die Verständlichkeit und Schalllokalisierung für den Träger erheblich, indem sie miteinander kommunizieren, um sich an das Schallfeld anzupassen. Da diese Hörgeräte in direktem Kontakt mit der Haut stehen, waren sie eine perfekte Kandidatenanwendung für HBC. In einer aktuellen Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Elektronikuntersuchten die Forscher mit detaillierten numerischen Simulationen, wie sich elektrische Felder, die von einer Elektrode in einem Ohr ausgesendet werden, im menschlichen Kopf verteilen und eine Empfangselektrode am gegenüberliegenden Ohr erreichen und ob sie in einem digitalen Kommunikationssystem genutzt werden können. Tatsächlich hatten die Forscher zuvor eine experimentelle Studie zu HBC mit echten Menschen durchgeführt, deren Ergebnisse auch in . veröffentlicht wurden Elektronik.

Anhand von Mensch-Körper-Modellen unterschiedlicher Komplexität ermittelten die Forscher zunächst die beste Darstellung, um genaue Ergebnisse in ihren Simulationen zu gewährleisten. Nachdem dies geklärt war, untersuchten sie die Auswirkungen verschiedener Systemparameter und -eigenschaften, wie Dr. Muramatsu sagt es, “Wir berechneten die Eingangsimpedanzeigenschaften der Transceiver-Elektroden, die Übertragungseigenschaften zwischen den Transceivern und die elektrischen Feldverteilungen in und um den Kopf herum. Auf diese Weise haben wir die Übertragungsmechanismen des vorgeschlagenen HBC-Systems geklärt.” Mit diesen Ergebnissen bestimmten sie schließlich die beste Elektrodenstruktur aus den getesteten. Sie berechneten auch die von ihrem System verursachten elektromagnetischen Belastungen und stellten fest, dass es nach modernen Sicherheitsstandards für den Menschen völlig ungefährlich ist.

Insgesamt zeigt diese Studie das Potenzial von HBC und erweitert die Anwendbarkeit dieser vielversprechenden Technologie. Schließlich sind Hörgeräte nur eines von allen modernen drahtlosen Geräten, die am Kopf getragen werden. HBC könnte beispielsweise in drahtlosen Ohrhörern implementiert werden, damit diese mit weit weniger Energie miteinander kommunizieren können. Da die bei HBC verwendeten Funkwellen außerhalb des Körpers schnell abgeschwächt werden, könnten HBC-basierte Geräte bei getrennten Personen mit ähnlichen Frequenzen im selben Raum betrieben werden, ohne Rauschen oder Interferenzen zu verursachen. “Mit unseren Ergebnissen haben wir große Fortschritte in Richtung zuverlässige, stromsparende Kommunikationssysteme, die nicht auf Hörgeräte beschränkt sind, sondern auch auf andere am Kopf getragene tragbare Geräte anwendbar sind. Darüber hinaus könnten auch Accessoires wie Ohrringe und Piercings verwendet werden, um neue Kommunikationssysteme zu schaffen“, schließt Dr. Muramatsu.

Geschichte Quelle:

Materialien zur Verfügung gestellt von Universität der Wissenschaften Tokio. Hinweis: Der Inhalt kann hinsichtlich Stil und Länge bearbeitet werden.

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