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TECHNICHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorgestellte Erfindung bezieht sich auf Anwendungen, bei denen Energie von Aufprällen und Stößen absorbiert und gemessen werden müssen. insbesondere geht es um die Aufprall- und Stoßabsorption mittels am Körper getragener Ausrüstungsgegenstände (wie z.B. Kopfbedeckungen, Helme, tragbare Geräte, Sport- und Funktionsbekleidung einschließlich (Hand-) Schuhe sowie bei Sportgeräten wie Skiern, Tennisschläger, (Fuß-) Bälle etc.). Bei einigen Ausrüstungsgegenständen (z.B. bei Helmen) kann der Schockabsorber auch fest in den Ausrüstungsgegenstand integriert werden (z.B. in Abzügen, Gesichtsschilden, Gittern Schaltern, Scharnieren oder im Visierrahmen,). Neben diesen zentralen Anwendungen zur Absorption und Messung der Energie von Aufprällen und Stößen ermöglicht die Erfindung zudem weitergehende Anwendungen, da sie generell die Auswertung biomechanischer Vorgänge in Echtzeit in allen Lebensbereichen ermöglicht, bei denen am Körper getragene Ausrüstungsgegenstände und Kleidung zum Einsatz gelangen. Darüber hinaus ist auch die Verwendung in Ausrüstungsgegenständen denkbar um die auf den Ausrüstungsgegenstand selbst einwirkenden Kräfte und Materialbeanspruchungen sowie -belastungen zu Identifizieren und zu messen).
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei Technologie zur Integration in tragbarer Ausrüstung (sog. „wearables“) besteht ein erhöhtes Aufprall-, Erschütterungs- und Stoßrisiko im Vergleich zu nicht tragbarer Ausrüstung. Ein häufiges Problem bei solchen Wearable-Technologien - insbesondere während der Verwendung bei beruflicher, privater, sportlicher und/oder militärischer Aktivitäten - ist die Qualität und Genauigkeit während der Aktivität aufgezeichneter Daten. Um beispielsweise den Gesundheitszustand von Personen zu überwachen oder um feststellen zu können, inwieweit Schutzausrüstung auch nach bereits erfolgen Stößen, Erschütterungen und/oder Aufprällen dazu geeignet ist vor zu erwartenden weiteren Krafteinwirkungen zu schützen, ist eine zuverlässige, exakte und kontinuierliche Datenlage elementar.
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So können medizinische Erkrankungen wie die chronisch traumatische Enzephalopathie (CTE) beispielsweise bisher - vor allem auf Grund fehlender Daten - nur am Gehirn einer verstorbenen Person diagnostiziert werden. Bekannt ist jedoch, dass das CTE-Risiko beispielsweise in Kollisionssportarten wie Boxen und American-Football besonders hoch ist. Eine Datengewinnung direkt während der Ausübung der gefährlichen Aktivitäten ist mit dem jetzigen Stand der Technik nicht möglich.
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DIE DER ERFINDUNG ZU GRUNDE LIEGENDE AUFGABE
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mikroelektronische Schaltkreise so in „Wearabels“ und/oder Ausrüstungsgegenstände zu integrieren, dass diese bestmöglich vor Beschädigungen geschützt sind und ohne dass ihre Fähigkeit dadurch beeinträchtigt wird, zuverlässige und qualitativ hochwertige Daten in Echtzeit zu liefern und zugleich die Funktion eines Schockabsorbers zu erfüllen, der den Träger der „Wearables“ bestmöglich nach den Gesetzen der Physik im jeweiligen Einsatzbereich schützt.
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DIE ERFINDUNGSGEMÄSSE LÖSUNG
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Als Lösung für das genannte Problem/die genannten Probleme wird die Einbettung geeigneter Sensortechnologie in den dafür speziell ausgelegten Schockabsorber selbst vorgeschlagen: Das ermöglicht zum einen die Positionierung der Mikroelektronik inklusive der Sensorik in Bereichen, in denen diese bisher nicht ohne erhebliches Beschädigungsrisiko angebracht werden konnte und zum anderen ermöglicht es die Datenerfassung im Absorber selbst, also dort, wo sich die Krafteinwirkung von außen konkret entfaltet bzw. manifestiert. Die vorgestellte Erfindung erfüllt somit mehrere Zwecke: Die Schockabsorption bei gleichzeitiger Möglichkeit der zuverlässigen und genauen Datenerfassung direkt am Ort der Krafteinwirkung durch die geschützte Unterbringung der Mikroelektronik im Schockabsorber selbst. Gleichzeitig ermöglicht die vorgestellte Erfindung die Datengewinnung in Echtzeit während des Einsatzes der mit dem Schockabsorber ausgerüsteten Gegenstände und „wearables“. Unabhängig von der Schock-Absorbtion sowie -messung ermöglicht die Erfindung zudem - je nach verwendeter Sensorik und Ort der Ausrüstung - die Echtzeitüberwachung verschiedenster Parameter (z.B. Puls, Herzfrequenz, Körpertemperatur etc.) von den Personen , die die entsprechend mit der Erfindung ausgerüsteten „Wearables“ tragen oder auch der Ausrüstungsgegenstände selbst (z.B. Beschädigungen, Materialerschlaffung etc.).
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Werden mehrere Schockabsorber in einem Ausrüstungsgegenstand/„Wearable“ oder mehreren Ausrüstungsgegenständen/„Wearables“ für eine spezifische Anwendung gruppiert, so können deren Daten mittels Software miteinander gemeinsam in Echtzeit ausgewertet werden. Das ermöglicht die Sammlung exakterer Daten als das nur mit Verwendung eines „intelligenten Schockabsorbers“ möglich ist und kann beispielsweise für eine viel exaktere Kartierung von Aufprallpunkten oder zur Sensorausfallkompensation bzw. Fehlerkorrektur genutzt werden. Gleichzeitig verbessert die Verwendung mehrerer Schockabsorber die Zuverlässigkeit im Falle eines Sensorausfalls.
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Auf diese Weise wird ein intelligentes und robustes Schockabsorber-System realisiert, das in Echtzeit auswertbare, hochqualitative Daten am Ort der jeweiligen Krafteinwirkung liefert.
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Die vorgestellte Erfindung erlaubt also die Ermittlung genauer Aufprall-, Erschütterungs- und/oder Stoßdaten direkt bei Ausübung riskanter Aktivitäten (z.B. American Football, Rugby etc.) und schützt gleichzeitig die diese Tätigkeit ausübende Person bestmöglich im Rahmen der physikalischen Grenzen. Die Erfindung schützt also vor Auswirkungen eines Aufpralls, von Stößen oder Erschütterungen bei der Ermöglichung einer gleichzeitigen Datengenerierung sowie Echtzeitanalyse der Aufprall-, Erschütterungs- und/oder Stoßdaten; diese bisher nicht gewinnbaren Daten können dann beispielsweise zur medizinischen Diagnostik (z.B. bei der Diagnose von CTE) herangezogen werden.
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Die vorgestellte Erfindung bietet somit eine neuartige und originelle Methode der Datengewinnung durch die neuartige Kombination von Schockabsorbern mit Mikroelektronik und Software zu einem intelligentem Schockabsorber.
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Mit der vorgestellten Erfindung können vielfältige Erkenntnisse für die verschiedensten Einsatzbereiche gewonnen werden. Wie oben bereits beschrieben, können mit der Erfindung beispielsweise neue Erkenntnisse zur Bekämpfung von Kopftraumata bei der Verwendung des intelligenten Schockabsorbers in Kopfbedeckungen oder Helmen gewonnen werden.
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Die Größe der Schockabsorber ist dabei, je nach der vorgesehenen Anwendung, individuell und in Rahmen der Gesetze der Physik beliebig skalierbar.
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Die Erfindung besitzt die folgenden Eigenschaften:
- 1. Die einzigartige Konstruktion des Schockabsorbers ermöglicht wasserdichte Ausführungen.
- 2. Die einzigartige Konstruktion des Schockabsorbers ermöglicht die Integration anwendungsspezifisch benötigter Schaltkreise unmittelbar im Schockabsorber selbst; das minimiert das Risiko möglicher Beschädigungen der elektronischen Komponenten und ermöglicht eine Sensorik direkt am Ort der jeweiligen Krafteinwirkung.
- 3. Der Schockabsorber kann so konstruiert werden, dass er den/die Sensor(en) vollständig umschließt.
- 4. Alternativ kann der Schockabsorber so konstruiert werden, dass die Mikroelektronik bei Bedarf (z.B. für Wartungen oder dem Wechsel der Batterien) entfernt und/oder ausgetauscht werden kann.
- 5. Die Menge des für die Absorption benötigten Materials kann den konkreten Bedarfen ohne Auswirkungen auf die elektronischen Komponenten angepasst werden.
- 6. Die einzigartige Konstruktion des Schockabsorbers ermöglicht die individuelle Anpassung der Form (z.B. als Zylinder, Kugel, etc.) an die Bedingungen der konkreten Anwendung bzw. des konkreten „Wearables“.
- 7. Die einzigartige Konstruktion des Schockabsorbers ermöglicht die „unsichtbare“ und waschmaschinengeeignete Integration in jegliche tragbare Ausrüstung und „Wearables“.
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FIGURENLISTE
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1- 2
- Die 1 illustriert den bisherigen Stand der Technik am Beispiel eines Helmes mit zylinderförmigen Schockabsorbern sowie getrennt vom Schockabsorber am Helm angebrachtem Sensor. Zur Verdeutlichung ist ein Schockabsorber vergrößert dargestellt.
- Die 2 illustriert die erfindungsgemäße Ausstattung eines Helms mit dem intelligenten Schockabsorber und integriertem Sensor. Zur Verdeutlichung ist ein intelligenter Schockabsorber vergrößert dargestellt.
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KONKRETES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Die 2 zeigt einen Helm 3. ausgerüstet mit dem erfindungsgemäßen Schockabsorbern 1. mit integrierter Sensorelektronik 2.
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Die Schockabsorber 1. besteht aus einem frei wählbarem, elastischem, dämpfenden Material (z.B. synthetische Polymere mit viskoelastischen Eigenschaften etc.) in den die jeweils benötige Sensorelektronik 2. integriert wird. Das für den Dämpfer zu wählende Material ergibt sich aus den Anforderungen für den jeweiligen Ausrüstungsgegenstand. Für einen Helm 3. Können die zylinderförmigen Schockabsorber 1. beispielsweise aus Silikon gefertigt werden. Als Sensorelektronik 2. können frei auf dem Markt erhältliche Mikrochips verwendet werden. Je nach Bedarf kann aber auch eine individuell aus Standardkomponenten gefertigte Sensorik mit spezifischen Anforderungsprofilen verwendet werden.
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Der Schockabsorber 1. ist in 2 mehrfach in einem beliebigen Helm integriert. In anderen Ausführungsformen kann der Schockabsorber 1. auch in jede andere am Kopf getragene oder befestigte Vorrichtung integriert werden; das umfasst u.a. aber nicht abschließend jedwede Schutz- und Sporthelme, Visiere, Kopfbandvorrichtungen, Stirnbänder und andere derartige Plattformen. In anderen Ausführungsformen kann der Schockabsorber 1., der auch nicht notwendigerweise zylinderförmig geformt sein muss, in jedweden „Wearables“ integriert werden, die an einem anderen Bereich des Körpers einer Person befestigt oder angebracht oder von Ihr getragen werden kann, einschließlich Hals, Arme, Beine, Rumpf, Bauch, Stirn, Rücken und/oder der Brust.
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Der in 2 dargestellte Schockabsorber 1. besitzt einen Innenbereich in den die benötigte Sensorelektronik 2. untergebracht werden kann. Im Allgemeinen wird die Position der Sensorelektronik 2. an den erwarteten Abmessungen des Schockabsorbers 1. ausgerichtet. Ebenso kann die für die Sensorelektronik 2. erforderliche Stromquelle in verschiedenen Ausführungen so angeordnet sein, dass sie entweder fest integriert oder auswechselbar ist. Die intelligenten Schockabsorber 2. werden im Allgemeinen so positioniert, dass sie den Benutzer optimal absichern, wenn der Helm getragen wird. In diesem Beispiel sind die Schockabsorber 2. zudem im Wesentlichen gleichmäßig im Helms angeordnet, um so eine optimale Gewichtsverteilung zu gewähren. In anderen Ausführungsformen kann jeder Schockabsorber 2. jedoch auch an anderer Stelle angeordnet sein, z. B. im Visier des Helms. In einigen Ausführungsformen können die verschiedenen, intelligenten Schockabsorber drahtlos oder über in das Helmgehäuse integrierte Drähte miteinander kommunizieren oder Signale an andere Geräte oder in ein Netzwerk übertragen.
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Der jeweilige Helm, der mit den entsprechenden, intelligenten Schockabsorbern ausgestattet ist, kann auf menschlichen Köpfen unterschiedlicher Größe getragen werden. In einigen Ausführungsformen können die Helmproportionen im Allgemeinen den durchschnittlichen Abmessungen eines erwachsenen Männer- oder Frauenkopfes entsprechen, während sie in einem weiteren Helm im Allgemeinen den durchschnittlichen Proportionen eines Kinderkopfes entsprechen können. In anderen Ausführungsformen kann jedoch jeder Helm samt der zugehörigen Schockabsorber an die Größe und Proportionen eines bestimmten Individuums angepasst werden, um so den Komfort, die Tragbarkeit und auch die Exaktheit der Daten zu maximieren. In einigen anderen Ausführungen kann es Standardgrößen geben, die dem Geschlecht und den üblichen anatomischen Proportionen entsprechen, wie z. B. dem Kopfumfang und der Kopfform. So kann ein „Wearable“ beispielsweise in den Größen XS (extraklein), S (klein), M (mittel), L (groß), XL (extragroß), 2XL (doppelt extragroß) usw. angeboten werden. Die Größen können variieren, je nachdem, ob das „Wearable“ für eine Frau, einen Mann oder für Kinder bestimmt ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensorelektronik weitergehende Funktionen enthalten, die die Leistung verbessern und/oder Fehler minimieren helfen. So können beispielsweise gyroskopische Sensoren und/oder Beschleunigungsmesser sowie die zugehörige Verarbeitung dem System wichtige Informationen über die Ausrichtung und Drehung des „Wearables“ liefern. So kann das „Wearable“ in einigen Implementierungen Vorkehrungen für eine hochpräzise Erkennung von Bewegungen innerhalb eines 3D-Koordinatenraums sowie für die Erkennung von Bewegungen beim Drehen durch Messung von Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung enthalten. Diese Informationen können wiederum vom System verwendet werden, um die Position und/oder Bewegung realer Objekte zu bestimmen.
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Darüber hinaus kann der intelligente Schockabsorber 2., so konfiguriert werden, dass er mit einem Cloud-Dienst oder -Netzwerk („Cloud“) kommuniziert. Die Cloud kann sich auf eine Vielzahl von Servern beziehen, die Informationen für den intelligenten Schockabsorber 2. bereitstellen und Informationen von diesem empfangen. Diese Verbindung erleichtert Software-Updates, Änderungen von Algorithmen für maschinelles Lernen, Klassifizierungsanfragen, Hilfsdienste und andere Daten. In einigen Implementierungen kann nur ein Teil der Klassifizierungsdaten lokal verfügbar sein, während sehr viel mehr Daten über die Cloud zugänglich sein können.
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DIE EINZELHEITEN DES INTELLIGENTEN SCHOCKABSORBERS
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Auch wenn der intelligente Schockabsorber 2. theoretisch nicht wasserdicht sein muss, ist es vorzugsweise dennoch so, dass der intelligente Schockabsorber 2. die Sensorelektronik in einem wasserfesten und im Regelfall auch luftdichten Material aufnimmt. So kann der intelligente Schockabsorber 2. problemlos auch in waschbare „Wearables“ integriert werden und dem Outdooreinsatz bei unterschiedlichsten Witterungsbedingungen steht nicht im Wege.
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Der intelligente Schockabsorber 2. kann zudem so gestaltet sein, dass die integrierte Sensorelektronik komplett und fest in das verwendete Material eingelassen wird oder dass der intelligente Schockabsorber 2. einen wasserdichten Deckel (nicht eingezeichnet) besitzt, sodass die integrierte Sensorelektronik (z.B. zu Wartungszwecken oder zum Batterietausch etc.) austauschbar ist.
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Der intelligente Schockabsorber 2. ist vorliegend in 2 zylinderförmig ausgeführt. Der intelligente Schockabsorber 2. kann aber jegliche Formen und Gestalten annehmen, wobei hier natürlich die Funktionalität, die Materialauswahl sowie die Physik natürliche Grenzen vorgibt. So könnte bei einem Helm 3. der intelligente Schockabsorber 2. auch aus einer kompletten, schockabsorbierenden (mehrkomponentige) Schicht bestehen, die die gesamte innere Helmoberfläche bedeckt. In diesem Fall könnte die Sensorelektronik nur an einem spezifischen Ort der schockabsorbierenden Schicht integriert werden oder aber die Schicht könnte mit einer Vielzahl an Sensorelektronik ausgestattet werden. Als konkretes Beispiel für die Beliebige Gestaltbarkeit des intelligenten Schockabsorbers 2. kann auch dessen Ausführung - anstatt in der dargestellten Zylinderform - in Form eines Sporthersteller-Logos dienen. So könnte dieses Logo beispielsweise in ein „Wearable“ oder anderen Ausrüstungsgegenstand eingenäht werden (z.B. Torwarthandschuhe, Fußballschuh, Fußball etc.).
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Der intelligente Schockabsorber 2. kann modular - neben der grundlegenden Sensortechnologie - auch mit beliebiger, sonstiger Mikroelektronik ausgestattet werden. Neben jedweder Sensorik zur Messung und Kontrolle von Veränderungen in Bezug auf den intelligente Schockabsorber 2. und speziell auch angepasst an den jeweiligen Einsatzbereich, sind hier insbesondere an eine drahtlose Kommunikation und Vernetzung sowie induktive Ladetechnologie zu denken.
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Der intelligente Schockabsorber 2. kann zudem auch die eigene Integrität Generell ermöglicht die Verwendung der Erfindung, in allen Bereichen, in denen Schockabsorber- und „intelligente“ Elektronik zusammenwirken können, die Schaffung einer neuen Datenlage, da durch diesen an Orten Messdaten ermittelt werden können, an denen das bisher nicht der Fall gewesen ist. Diese kann dann beispielsweise als Basis für effizientere und sicherere Schutzausrüstung dienen, zur Überwachung von Vitalfunktionen in Echtzeit herangezogen werden oder zur Bewegungsanalyse um die Performance von Sportlern im Rahmen ihres Trainings zu analysieren und zu verbessern.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Zylinderförmiger Schockabsorber
- 2
- In den Schockabsorber integrierte Sensorik und Mikroelektronik
- 3
- Schutzhelm
- 4
- Unabhängig vom Schockabsorber angebrachte Sensorik und Mikroelektronik
