Vom Gin bis zum Infotainmentsysteme: Gedruckte Elektronik in Alltagsprodukten

Die flexible, gedruckte Elektronik hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und neue Anwendungsfelder erschlossen. Sehen und spüren wollen wir die Elektronik aber möglichst nicht: Sensoren in Schuhen und Shirts dürfen nicht scheuern und das moderne Auto soll im Inneren trotz der aufwendigen Elektronik wirken wie eine Oase der Entspannung, denn um den Verkehr müssen wir uns fortan kaum noch kümmern. Aber auch in der Medizintechnik, im Handel und bei Haushaltsgeräten sind meist gedruckte, organische Sensoren auf dem Vormarsch.

Am Point of Sale

Leuchtende Gin-Verpackung

Bereits 2015 erhielt ein Verpackungshersteller für seine vermutlich erste frei verkäufliche leuchtende Verpackung eines Gins den German Design Award. Sobald die verpackte Flasche aus dem Regal genommen wird, löst ein intuitiver Mechanismus eine Leuchtabfolge auf der Vorderseite der Verpackung aus. Von unten nach oben beginnen die einzelnen Gestaltungselemente dabei in fünf Stufen zu leuchten.

Möglich wird dies durch die dabei eingesetzte OLED-Technologie, eine exklusive Gemeinschaftsentwicklung der Unternehmen Karl Knauer und Inuru. Druckbar, leuchtfähig, flexibel, ultradünn, nachhaltig: OLEDs sind wenige Nanometer dünne, selbst strahlende, flächige Lichtquellen. Sie bestehen aus organischen Halbleitern und können mit elektronischen Komponenten inklusive Batterien gedruckt werden. Im Vergleich zur Elektrolumineszenz sind OLEDs günstiger, 100-500x heller und benötigen nur einen Bruchteil an Energie. Daher können Lichtelemente mit integrierten Batterien über viele Monate betrieben werden. Sie sind vollkommen nachhaltig, da recycelbar und lassen sich problemlos entsorgen.

Social Distancing im Einzelhandel

Eine neuartige mit Sensoren ausgestattete Fußmatte hilft bei der Abstandskontrolle zwischen Personen in Einzelhandelsgeschäften. InnovationLab

Abstandhalten war noch nie so wichtig wie jetzt: Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass das Risiko, sich mit COVID-19 zu infizieren, um die Hälfte verringert wird, wenn der Abstand zwischen Personen zwei Meter statt einem beträgt.

Der Prototyp einer intelligenten Sensormatte von Innovationlab wurde in einem Rewe-Markt in Heidelberg auf Herz und Nieren getestet. Die Matte erkennt, wenn ein Kunde auf der Matte steht und schaltet die Anzeige auf Rot. Steht niemand auf der Sensormatte, wird grünes Licht angezeigt und ein neuer Kunde kann nähertreten. Integriert in die intelligente Matte ist eine Sensormatrix mit fast 8.000 Messeinheiten im Abstand von 1 cm. Sie können zwischen Schritten und beispielsweise den Rädern eines Einkaufswagens unterscheiden. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig: Neben der Abstandskontrolle lassen sich auch Besucherströme in einem Laden mit der Sensormatte analysieren.

Wearables

Intelligente Laufschuhe mit Sensoren

Der Sensor im rechten Schuh verbindet sich mit einer App auf dem Handy und ermittelt Daten und Statistiken zu Schrittfrequenz, Bodenkontaktzeit und Fußauftrittswinkel sowie zur Doppelschrittlänge. Under Armour

Smarte Kleidung ist nichts Neues, wenn man bedenkt, dass es bereits seit Jahren Funktionsbekleidung gibt, die nicht nur vor Kälte oder Wind schützt, sondern in der auch, gut versteckt, elektronische Elemente zu finden sind.

Gerade im Bereich Laufschuhe mit Sensoren wächst der Markt immer weiter, denn dank eines integrierten Chips zeigen sie nicht nur die Häufigkeit der Schritte an, sondern sie erkennen auch den Druck, der beim Gehen auf die Fersen ausgeübt wird. Auch die Kalorienverbrennung können Jogger oder Marathonläufer sich live auf der dazugehörigen App anzeigen lassen.

Weiße Ware

Haushaltsgeräte

PolyTC-Touch-Sensoren im Einsatz in Haushaltsgeräten: Taster und Schalter verschwinden zugunsten hübsch designter Bedienelemente. PolyIC GmbH & Co. KG

Ob Geschirrspüler oder Elektroherd: bei neuen Haushaltsgeräten verschwinden Taster und Schalter als hübsch designte Bedienelemente, bei denen Bauteil und elektronische Funktionalitäten aus einem Guss sind, immer mehr. Stattdessen ermöglichen direkt bei der Produktion des jeweiligen Kunststoff-Bauteils integrierte Folien mit aufgedruckten Elektroniksensoren ein Bedienen durch bloßes Berühren via Touchscreen.

Dies erfolgt durch kapazitive Bedien-elemente basierend auf einzelnen Sensor-elementen. Ausgelöst wird der Schaltvorgang durch eine Kapazitätsänderung beim Berühren. Diese Bedienelemente ersetzen in immer mehr Anwendungen die bisher verwendeten mechanischen Tast- und Regelschalter. Dank dieser Fertigung im so genannten In-mold-Verfahren sind auch geschwungene oder besonders geformte Geometrien kein Problem mehr.

Medizinprodukte

Babymonotoring

Über die Haut als Messschnittstelle werden mittels eines kabellosen Monitoring-Pflaster die Vitalparameter von Neugeborenen überwacht. Rogers Research Group, Northwestern University

Ein interdisziplinäres Team der Northwestern University hat ein Paar weiche, flexible drahtlose Sensoren entwickelt, die als Pflaster aufgebracht sind und Babys in den neonatalen Intensivstationen der Krankenhäuser in Chicago überwachen.

Bisher waren zur Überwachung der Vitalparameter die kleinen Patienten mehrfach verkabelt, was für das nötige Kuscheln zwischen Eltern und Baby in dieser frühkindlichen Phase ein Hindernis darstellt. Die Wissenschaftler kamen aber zu dem Schluss, dass die kabellosen Sensoren Daten liefern, die genauso präzise und genau sind wie die von herkömmlichen Überwachungssystemen. Die kabellosen Pflaster sind außerdem schonender für die empfindliche Haut des Neugeborenen und ermöglichen mehr Haut-zu-Haut-Kontakt mit den Eltern. Bisherige Sensoren müssen mit Klebstoffen angebracht werden, die die Haut von Frühgeborenen vernarben und Blasen verursachen können.

Automotive

Infotainmentsysteme

Gedruckte Elektronik im Auto: Animation eines geschwungenen Displays als Human Machine Interface. Leonhard Kurz/PolyIC

Nicht nur in der Unterhaltungsindustrie überwinden flexible Displays die Grenzen konventionellen Designs. Auch in manchen Fahrzeugen der Luxusklasse findet man schon Touchscreens, die sich optimal in die Mittelkonsole oder das Armaturenbrett integrieren.

Zukünftig werden sämtliche Drehknöpfe und Schalter aus dem Autocockpit verschwinden und durch Displays ersetzt. Ein haptisches Feedback soll die Bedienung erleichtern, damit der Fahrer den Verkehr im Blick behält, auch wenn er die Lüftung oder den Radiosender einstellt. Die virtuellen Schalter und Regler auf dem Touchscreen sollen sich über Vibrationen oder Erhebungen ertasten lassen und die erfolgreiche Eingabe mit einem Impuls an den Finger, zum Beispiel mit einem Klickgefühl, bestätigen. In dünnen, flexiblen Bildschirmen lässt sich die haptische Rückmeldung am besten mit piezoaktiven Materialien realisieren. Sie wandeln den mechanischen Druck, der beim Berühren der Bildschirmoberfläche entsteht, in elektrische Spannung um. Das elektrische Signal löst dann ein spürbares Feedback aus. Da Piezomaterialien schnell reagieren und zudem gedruckt werden können, eignen sie sich ideal für innovative Bildschirme.

Fazit

Die gedruckte Elektronik ist eine vielversprechende Wachstumsbranche. Verbraucher profitieren von der gedruckten und organischen Elektronik, die oft auch als „green electronics“ bezeichnet wird. Ihre energieeffiziente Produktionsweise, der ressourcenschonende Materialeinsatz und die industrielle Serienfertigung stehen zudem für gleichbleibende Qualität in hohen Stückzahlen zu relativ geringen Kosten. Wir dürfen gespannt sein, welche neuen Produkte uns diese Technologie in den nächsten Jahren noch bringt.