Sport & Gesundheit

Unsere Anwendungen für eine verbesserte Lebensqualität.

Sport und Gesundheit

MEMS basierte Kopfhörer für das Internet of Voice

Anwendungen für eine verbesserte Lebensqualität - Sport & Entertainment

Sprachbasierte Internetdienstleistungen werden von vielen Nutzern immer öfter als zentraler Bestandteil künftiger Datenverarbeitung akzeptiert. Beispielsweise im Auto, im Smartphone und im Wohnzimmer. Gleichermaßen richten renommierte Hardware- und Content-Anbieter ihr Geschäft auf solche Produkte, die auch in internetfähigen mobilen Endgeräten direkt im Ohr getragen zum Einsatz kommen. Heute sind zahlreiche sprachbasierte Dienste verfügbar. Beispiele sind Simultanübersetzer, Bezahldienste und Marketinglösungen. Die Vision eines dauerhaft im Ohr getragenen Internet-of-Voice nimmt somit Gestalt an. Die dafür prädestinierten Hearables beanspruchen immer mehr das Erbe der Smartphones anzutreten und emanzipieren sich vom weniger smarten Bluetooth Headsets.

Hearables enthalten zukünftig nicht nur Audiotechnologien, sondern darüber hinaus auch leistungsfähige Prozessoren zur Datenverarbeitung und sind über Funkschnittstellen direkt mit dem Internet verbunden. Ähnlich zu den GPU für Smartphone-Displays werden somit (neben den Funkschnittstellen) die Prozessoren den Energiebedarf der zukünftigen Hearables und somit deren Laufzeit dominieren. Da der Platz und somit die Kapazität des Akkus im Ohr sehr begrenzt ist, müssen dadurch alle anderen Komponenten mit sehr geringem Energiebudget auskommen um eine ausreichende Laufzeit zu ermöglichen. Für eine zentrale Kernkomponente der Hearables - dem Im-Ohr-Lautsprecher – hat das Fraunhofer IPMS ein neues, leistungseffizientes Schallwandlerprinzip entwickelt.

Miniaturisierte Spektrometer für die Lebensmittelanalytik

Anwendungen für eine verbesserte Lebensqualität - Sport & Entertainment

Der Apfel mit braunen Stellen, der Joghurt mit abgelaufenem Mindesthaltbarkeitsdatum. Diese Lebensmittel landen allzu oft im Abfall. Allein in Deutschland entsorgt jeder Bürger im Durchschnitt 85 Kilogramm Nahrungsmittel pro Jahr. Das ist schädlich für Umwelt und Klima, denn für jedes Lebensmittel werden Ressourcen wie Wasser, Energie und Agrarflächen eingesetzt. Das Fraunhofer IPMS arbeitet an einem miniaturisierten Spektrometer, das helfen kann, den Umgang mit Lebensmitteln zu verbessern. Das Mikrospektrometer ist in der Lage, die Zusammensetzung, den Reifegrad und auch die Qualität von Lebensmitteln zu bestimmen. Die Nahinfrarotanalyse liefert zudem Aussagen über Säuregrad und Zuckergehalt und gibt Aufschluss darüber, ob der Apfel bereits jetzt eine Druckstelle hat, die erst morgen als braune Stelle sichtbar wird. Auf diese Weise trägt das Mikrospektrometer dazu bei, dass Nahrungsmittel rechtzeitig verzehrt werden und nicht in den Müll wandern. 

Mittlerweile ist den Forschern des Fraunhofer IPMS gelungen, das entwickelte Spektrometer so zu miniaturisieren, dass es in Smartphones verbaut werden könnte. Das Gitterspektrometer hat mit einem Volumen von nur 0,6 cm³ etwa ein Fünftel der Größe eines gewöhnlichen Stücks Würfelzucker und ist damit eines der derzeit kleinsten Nahinfrarot-Spektrometer weltweit. Durch den kompakten Aufbau, das geringe Gewicht von unter einem Gramm und der niedrigen Leistungsaufnahme im mW-Bereich ist es ideal zur Integration in mobile Analysegeräte geeignet. In der realisierten Ausführungsform adressiert es den NIR-Spektralbereich von 950 bis 1900 nm bei einer spektralen Auflösung von 10 nm.

Das Funktionsprinzip basiert auf der Absorption infraroter Strahlung, die für den Menschen nicht sichtbar ist. Diese dringt tief in organische Materialien wie z. B. Lebensmittel ein und liefert Informationen über die chemische Zusammensetzung des untersuchten Objekts. Daraus lassen sich Aussagen über wichtige Eigenschaften wie Reife oder Frische von Obst und Gemüse, den Wassergehalt von Fleisch oder den Alkoholgehalt von Bier, Wein und Spirituosen ableiten. Weitere Anwendungsfelder sind beispielsweise die Analyse von Qualität und Echtheit kosmetischer Produkte, von Medikamenten und Textilien. Auch in der Lebensmittelerzeugung ist das Nahinfrarot-Spektrometer nutzbringend einsetzbar: So kann mithilfe dieser Technologie in der Landwirtschaft der Nährstoffbedarf von Böden ermittelt werden. Auf diese Weise kann optimiert nach Bedarf gedüngt werden, sodass die Umwelt geschont und der Düngemitteleinsatz effizient erfolgen kann. Die miniaturisierten Spektrometer-Systeme des Fraunhofer IPMS eignen sich darüber hinaus für den mobilen Einsatz in Pharmazie, Biotechnologie, Medizin sowie im Umwelt- und Recyclingbereich.

Realitätsnahe Holographie mit Flächenlichtmodulatoren

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Eine virtuelle Projektion, die so realitätsnah erscheint, dass man sie berühren möchte. In die Frontscheibe eingeblendete Verkehrszeichen, die dreidimensional und realistisch ins Blickfeld des Fahrers eingebettet sind. Das ist keine Fiktion, sondern soll zukünftig möglich werden mit den Mikrospiegelmatrizen des Fraunhofer IPMS. Millionen kleinster Spiegel, die auf einem Halbleiterchip aufgebaut sind, werden das Licht so beugen, dass damit realitätsgetreue 3-D-Bilder als räumliche Projektionen entstehen. Die Einzelspiegel, die anwendungsspezifisch in Zahl und Größe pro Chip variieren, können individuell abgesenkt werden, sodass ein flächiges Muster entsteht, mit dessen Hilfe dreidimensionale holographische Bilder erzeugt werden. Das zugrundeliegende Verfahren der Holographie nutzt den Wellencharakter des Lichts, um räumliche Darstellungen zu erzielen. Grundlage dafür ist die Wahrnehmung des menschlichen Auges, das nur die reflektierten Lichtwellen und nicht den Gegenstand an sich wahrnimmt. Holographische Projektionen ermöglichen auf dieser Basis die räumliche Abbildung von Objekten als Hologramm. Diese Abbildungen waren allerdings meistens statisch und nicht in der Lage, bewegte Bilder abzubilden. Die bisherigen Ansätze für bewegte Holographie waren dagegen nicht realitätsnah genug, da Lichtmodulatoren nicht in ausreichender Qualität verfügbar sind.

Mit den Mikrospiegelarrays des Fraunhofer IPMS soll in Zukunft eine computeranimierte Holographie erfolgen, die ein so realistisches Lichtfeld reproduziert, dass reale und virtuelle Welt verschmelzen – bewegt und in Echtzeit. Das macht den Einsatz der Holographie beim Autofahren als Augmented Reality oder auch im Bereich des mehrdimensionalen Fernsehens möglich.