Resistiv oder kapazitiv: der Sensoransatz von TracSil™
Um Bewegung in Daten zu übersetzen, ist die Wahl des Sensors entscheidend. Von der Schrittzählung in der Smartwatch bis zur Robotik wandeln Sensoren physische Vorgänge in digitale Informationen um.
Wave Company entwickelt mit TracSil™ ein dehnbares Silikontextil zur Bewegungserfassung.
Eine wichtige Designentscheidung ist der resistive statt eines kapazitiven Ansatzes. Wir betrachten die Grundlagen und wie TracSil™ Bewegungen erfassen soll, sowie mögliche Anwendungen.
Nicht nur die Empfindlichkeit zählt
Bei flexiblen Wearables kommen unter anderem resistive und kapazitive Sensoren infrage. Ihre Eigenschaften helfen zu verstehen, warum TracSil™ auf einen resistiven Ansatz setzt.
Kapazitive Sensoren: empfindlich und sorgfältig zu integrieren
Kapazitive Sensoren messen Änderungen der elektrischen Kapazität zwischen Elektroden. So lassen sich etwa feine Druck- oder Verformungsänderungen erfassen.
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Stärken: Hohe Empfindlichkeit und Präzision sind möglich, ebenso dünne und flexible Bauformen.
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Zu beachten: Temperatur, eindringendes Wasser oder elektrische Störungen können Messungen beeinflussen. Abdichtung und Abschirmung müssen deshalb zur Anwendung passen und wirken sich auf Aufbau und Kosten aus. Wie stark ein Einfluss ist, hängt von Material, Elektronik und Schutz ab.
Resistive Sensoren: Widerstandsänderungen messen
Bei resistiven Sensoren verändert sich der elektrische Widerstand beispielsweise beim Dehnen oder Drücken.
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Stärken: Die Auslesung lässt sich vergleichsweise einfach gestalten. Haltbarkeit und Alltagstauglichkeit können gezielt entwickelt werden. Resistiv bedeutet aber nicht automatisch unempfindlich gegenüber Schweiß oder Temperatur; das hängt vom konkreten Aufbau ab.
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Zu beachten: Auch Empfindlichkeit, Wiederholbarkeit und Hysterese müssen für den jeweiligen Einsatz bewertet werden.
Der resistive Ansatz von TracSil™ stellt neben Empfindlichkeit auch Stabilität, Waschbarkeit und praktischen Einsatz in den Vordergrund. Es geht nicht um eine allgemeine Rangfolge, sondern um die passende Konstruktion für die Aufgabe [siehe Pressure Profile Systems, 2025].
Mit einer V-Form Winkel und Bewegungstempo erfassen
Hier wird TracSil™ anhand einer V-förmigen Sensorkonstruktion erläutert. Über die Dehnung eines über einem Gelenk platzierten Sensors sollen Informationen zur Bewegung abgeleitet werden.
Schritt 1: Den Gelenkwinkel aus der Dehnung schätzen
Wenn Knie oder Ellenbogen gebeugt werden, dehnt sich der leitfähige Silikonsensor. Man kann ihn sich wie ein weiches Gummiband vorstellen.
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Bei geringer Beugung fallen Dehnung und Widerstandsänderung kleiner aus.
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Bei stärkerer Beugung sind Dehnung und Widerstandsänderung größer.
Aus dieser Beziehung kann ein trainiertes Modell den Gelenkwinkel schätzen. Die Genauigkeit hängt unter anderem von Kalibrierung, Platzierung, individuellen Unterschieden und Modell ab. Ein jederzeit exakter Winkel ist damit nicht automatisch gegeben.
Schritt 2: Bewegungstempo aus Winkeländerungen ableiten
Aus dem Winkelverlauf lässt sich bestimmen, wie schnell sich der Winkel mit der Zeit verändert.
Eine schnelle Bewegung wie ein Squat Jump zeigt einen anderen Verlauf als eine langsame Rehabilitationsübung. Diese Unterschiede können genutzt werden, damit TracSil™ das Bewegungstempo in Echtzeit schätzen kann.
Die offizielle TracSil-Website beschreibt die Erkennung von Bewegungsmustern und Auffälligkeiten durch KI. Diese Funktionen beruhen auf der Auswertung der Sensordaten.
Anwendungen für flexible Sensoren
Als Bewegungserfassung ohne Kamera oder große IMUs, mit Blick auf Waschbarkeit und Alltag, werden unterschiedliche Einsatzbereiche untersucht.
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Training und Rehabilitation: Rückmeldungen könnten etwa Kniebeugentiefe, Laufform oder gleichmäßige Übungsausführung begleiten. TracSil beschreibt außerdem die automatische Zählung von Wiederholungen.
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Ergonomie im Alltag: Bei wiederholten Tätigkeiten könnten Bewegungsmuster erfasst werden, um belastende Abläufe zu erkennen und Arbeitsweisen zu verbessern.
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Mechatronik und tragbare Robotik: Als flexible Sensorhaut könnte das Material Informationen zur Steuerung von Prothesen oder Exoskeletten liefern. Hier geht es darum, menschliche Bewegung und Absicht mit maschineller Reaktion zu verbinden.
TracSil™ setzt auf resistive Sensorik, um Bewegungserfassung näher an den Alltag zu bringen. Von Fitness bis Robotik hängt das Potenzial davon ab, Genauigkeit und Bedienbarkeit für die jeweilige Anwendung zu prüfen.
Quellen
Dong, T., Gu, Y., Liu, T. & Pecht, M. (2021). Vergleich resistiver und kapazitiver Dehnungssensoren mit angepassten flexiblen Elektroden und ihre Wearable-Anwendungen. Sensors and Actuators A: Physical, 326, 112720. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924424721001837
Pressure Profile Systems (6. März 2025). Stärken und Grenzen kapazitiver taktiler Sensorarrays. https://pressureprofile.com/pps-insights/strengths-and-limitations-of-capacitive-tactile-array-sensors
Wave Company TracSil™: dehnbarer gedruckter Sensor zur Bewegungserfassung. Wave Company, ohne Datum. https://www.wavecompany.net/tracsil