Sensorkleidung, die ein Soldat trägt, zeichnet seine Bewegungen und Vitalfunktionen auf. Ein Einweg-Elektrokardiogrammgerät von der Größe eines Pflasters überwacht einen Herzpatienten. Ein Mobiltelefon wird in einen Zahn implantiert. Wissenschaftler und Ingenieure versuchen, solche „eingebetteten“ Geräte zu entwickeln: Miniaturelektronik, die Menschen an Computer- und Kommunikationsnetze anschließt.
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Betrachten Sie Kontaktlinsen, die als Computerbildschirme fungieren. Ein Forschungsteam der Universität Washington unter der Leitung von Professor Babak Parviz für Elektrotechnik hat einen Objektiv-Prototyp entwickelt, der mit einem winzigen Funkgerät (zum Empfangen von Daten) und einer Leuchtdiode oder LED (zum Anzeigen von Daten für den Träger) ausgestattet ist. Die Technologie hat Vergleiche mit den Computeranzeigen ausgelöst, die in den Augen des Cyborgs in den Terminator- Filmen aufblitzen.
Theoretisch wandelt das Gerät elektronische Signale in sich ständig ändernde Anzeigen um, die auf die Kontaktlinse projiziert und für den Träger sichtbar sind, möglicherweise wie ein Filmuntertitel. Wenn eine drahtlose Verbindung mit beispielsweise einem Smartphone mit Spracherkennungssoftware besteht, kann eine hörgeschädigte Person, die solche Objektive trägt, die in Untertitel übersetzten Wörter eines Sprechers sehen.
Ingenieure, die solche eingebetteten Technologien entwickeln, stehen jedoch vor einem großen Hindernis: der Leistung. Die Geräte packen so viel Geräte in so winzige Räume, dass selbst die kleinsten Batterien zu sperrig wären, ungeachtet der Unannehmlichkeiten (und potenziellen Unannehmlichkeiten) beim Austausch.
Um den Energiemangel zu beheben, startete die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) - die US-Verteidigungsbehörde, die unter anderem Technologien für das Internet und das Global Positioning System entwickelt hat - 2005 mit dem MIT ein Energy Starved Electronics-Programm. Die dortigen Forscher haben eine neue Idee für die Stromversorgung von eingebetteter Elektronik: das „Abfangen“ von Energie aus dem menschlichen Körper.
Offensichtlich erzeugen unsere Körper Wärme - Wärmeenergie. Sie erzeugen auch Vibrationen, wenn wir uns bewegen - kinetische Energie. Beide Energieformen können in Strom umgewandelt werden. Laut Anantha Chandrakasan, Professorin für Elektrotechnik am MIT, die mit einem ehemaligen Studenten namens Yogesh Ramadass an dem Problem arbeitet, besteht die Herausforderung darin, ausreichende Mengen an Energie aus dem Körper zu gewinnen und sie dann effizient zu dem Gerät zu leiten, das sie benötigt.
Bei der Nutzung von Vibrationen verwenden Chandrakasan und seine Kollegen piezoelektrische Materialien, die unter mechanischem Druck elektrischen Strom erzeugen. Beim Energiesparen können normale Vibrationen, die durch Gehen oder sogar Kopfnicken verursacht werden, ein Piezomaterial zur Erzeugung von Elektrizität anregen, die dann in Gleichstrom (DC) umgewandelt wird, der von der Elektronik verwendet wird, in Festkörperkondensatoren gespeichert und bei Bedarf entladen wird. Diese gesamte Vorrichtung passt auf einen Chip, der nicht größer als einige Quadratmillimeter ist. Kleine eingebettete Geräte könnten direkt auf dem Chip eingebaut werden, oder der Chip könnte Energie drahtlos an benachbarte Geräte übertragen. Der Chip könnte auch thermoelektrische Materialien verwenden, die elektrischen Strom erzeugen, wenn sie zwei verschiedenen Temperaturen ausgesetzt werden - wie zum Beispiel Körperwärme und die (normalerweise) kühlere Luft um uns herum.
Die eingebettete Technologie wird von unseren eigenen Körpern angetrieben und verspricht nicht nur, Daten dort bereitzustellen, wo und wann immer wir sie benötigen, sondern auch Echtzeitdaten über uns selbst zu übertragen. Eine Jacke, die mit Heizkissen oder Thermostaten ausgestattet ist, kann je nach Körpertemperatur angepasst werden.
Laut Steven Feiner, Professor für Informatik an der Columbia University, können wir bis 2050 mit eingebetteten Geräten nicht nur in visuelle Daten, sondern auch in computergenerierte Geräusche und Empfindungen eintauchen. "Ich denke jedoch, dass die meisten Leute stattdessen das System filtern lassen, was sie sehen", sagt er. „Während eines Waldspaziergangs möchten einige Leute möglicherweise überlagerte Artennamen sehen.“ Wieder fügt er hinzu, „andere möchten einfach alles ausschalten.“
Michael Belfiores Buch The Department of Mad Scientists handelt von DARPA .
