Ultraschall am Handgelenk: Masterstudent entwickelt preisgekrönte Smartwatch
WatchUS macht mithilfe von Ultraschall die Bewegung von Sehnen und Bändern im Hand-gelenk sichtbar. Masterstudent Marc-André Wessner entwickelte das System im Rahmen einer Forschungsstelle am D-ITET zu einem tragbaren, vorführungsreifen Gerät. WatchUS wurde für diese Leistung auf einem internationalen Symposium ausgezeichnet.
Bild: Marc-André Wessner trug seine Smartwatch bei der Konferenz in Warschau
Lange Zeit galt tragbare Ultraschalltechnologie als zu sperrig für den Alltag. Das Mikrosystem WatchUS beweist das Gegenteil: Kompakt am Handgelenk getragen, liefert der von Masterstudent Marc-André Wessner mitentwickelte Prototyp präzise Echtzeitdaten aus dem Gewebeinneren. Die potenziellen Anwendungsgebiete reichen von Robotik und Virtual Reality bis hin zur kontinuierlichen Überwachung physiologischer Signale.
WatchUS nutzt dabei ein Prinzip der medizinischen Ultraschallbildgebung für ein tragbares Gerät. Kleine Ultraschallwandler senden Schallimpulse in das Gewebe und empfangen deren Reflexionen. Dadurch lassen sich beispielsweise Bewegungen von Sehnen und Bändern im Handgelenk erfassen.
Die technologische Grundlage von WatchUS wurde von Dr. Christoph Leitner am Integrated Systems Laboratory (IIS) – in der Arbeitsgruppe Digitale Schaltungen und Systeme von Professor Luca Benini – zusammen mit Marco Giordano vom D-ITET Center for Project-Based Learning (PBL) entwickelt. Als Marc-André Wessner zum Projekt hinzukam, waren zwar einzelne Hardwarekomponenten und die technologische Basis vorhanden, aber noch kein funktionsfähiges Gesamtsystem. „Meine Aufgabe während der sechs Monate war es, die Smartwatch für die Vorführung vorzubereiten“, erklärt er. Dazu musste er die Komponenten systematisch in Betrieb nehmen, Firmware entwickeln, die Hardware debuggen und sie zu einem tragbaren Demonstrator zusammenbauen.
Vom Prototyp zur tragbaren Uhr
Marc-André Wessner war hauptsächlich für die Elektronik zuständig: Er entwickelte die Hardware weiter, passte Schaltungen und Bauteile an und nahm die einzelnen Module schrittweise in Betrieb. „Ich habe Fehler durch Messungen und gezielte Anpassungen direkt auf der Platine eingegrenzt. Die Firmware wurde parallel entwickelt und diente der Steuerung, dem Testen und der Integration der Hardware in ein Gesamtsystem“, erklärt er.
Mithilfe der hauseigenen Werkstatt wurde auch ein gefrästes Aluminiumgehäuse hergestellt. Das Ergebnis war eine kompakte Smartwatch, die am Handgelenk bedient und in Echtzeit vorgeführt werden konnte.
Demonstration von WatchUS (Kamera/Schnitt: Marvin Thiel)
Erster Platz in Warschau
Auf dem ersten IEEE Central & Eastern European Ultrasonics Symposium in Warschau belegte WatchUS den ersten Platz in der Demo-Session „Bring Your Own Device“. Ausschlaggebend war der hohe Integrationsgrad: WatchUS wurde nicht als Laboraufbau, sondern als tragbare, funktionale Smartwatch präsentiert. Während der Demonstration zeichnete das System Ultraschalldaten live auf, verarbeitete sie direkt auf der Uhr und zeigte die Ergebnisse unmittelbar auf dem integrierten Display an. So konnte der gesamte technische Prozess – von der Ultraschallmessung über die Verarbeitung bis hin zur Anzeige – live in einem kompakten, tragbaren Gerät demonstriert werden.
Ultraschall in tragbarer Form
WatchUS arbeitet derzeit mit drei Ultraschallkanälen. „Vereinfacht gesagt, kann man sie mit Kamerapixeln vergleichen, nur dass hier Schall statt Licht verwendet wird. Mehr Kanäle liefern mehr Informationen, benötigen aber auch mehr Energie und Rechenleistung“, erklärt Marc-André Wessner. Bei einem Wearable besteht die Herausforderung daher darin, mit möglichst wenig Hardware und Energie so viele Informationen wie möglich zu gewinnen. Die Technologie ist nicht auf das Handgelenk beschränkt.
Technologie mit Unternehmertum verbinden
Marc-André Wessner beschäftigte sich bereits während seiner Bachelorarbeit mit Ultraschallhardware. Nach seinem Bachelorabschluss arbeitete er für ein Lebensmittel- und ein Fintech-Startup in Berlin und gewann so Einblicke in die kommerzielle Seite junger Technologieunternehmen.
Seitdem interessiert er sich besonders für die Verbindung von technologischer Expertise und Unternehmertum: neue Möglichkeiten frühzeitig zu erkennen, sie konsequent weiterzuentwickeln und daraus etwas Eigenständiges zu schaffen. Für ihn ist WatchUS daher mehr als nur eine technische Herausforderung; es ist ein Beispiel für das Potenzial, das entsteht, wenn Forschung, Umsetzung und unternehmerisches Denken zusammenwirken.
Weitere Informationen:
- externe SeiteProjektwebsite „WatchUS“
- Gruppe für digitale Schaltungen und Systeme
- Zentrum für projektbasiertes Lernen (PBL)
Quelle: © Eidgenössische Technische Hochschule Zürich Text: Sarah Schiller
Bildmaterial: © ETH Zürich / Marc-André Wessner, © Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
Demonstration von WatchUS (Kamera/Schnitt: Marvin Thiel)
Bildhinweis: Das Beitragsbild wurde auf Basis der bereitgestellten Fotos mithilfe von Künstlicher Intelligenz zu einer redaktionellen Collage gestaltet.