Zwei Nachwuchs-Designer treten mit derselben Mission an: ein funktionales, ästhetisches und diskretes Design für In-Ear-Wearables zu gestalten. So identisch die Ausgangsposition war, so unterschiedlich sind die Konzept-Resultate.

Für das Kooperationsprojekt von WILDDESIGN und CiS, Institut für Mikrosensorik aus Erfurt, schickten wir Luca Nisi, Student der Produktgestaltung an der Hochschule für Gestaltung Schwäbisch Gmünd, und Industrial Design Student Albert Ibragimov von der Bergischen Universität Wuppertal ins Rennen. Wer lieferte das bessere Konzept für die Gestaltung und Implementierung der von CiS entwickelten Technik für In-Ear-Wearables?

Sensor für die Messung mehrerer Vitalparameter

Die Erfurter haben einen Sensor entwickelt, der besonders klein ist und durch das Photoplethysmographie-Verfahren (PPG) mehrere Vitalparameter messen kann: die Herzrate und Herzratenvariabilität, die Sauerstoffsättigung (SpO2) im Blut und den Blutdruck. In diesem „Sensorkonstrukt“ sind drei LEDs mit verschiedenen Wellenlängen verbaut. Integriert ist zudem ein Fotodetektor, der die reflektierten Strahlen aufnimmt und misst. Die unterschiedlichen Vitalparameter können durch jeweilige Wellenlängen genauer gemessen werden. Neu und daher besonders interessant an der Sensorik ist die Möglichkeit, Rückschlüsse auf den Blutdruck ziehen zu können. Das ist in der Form durch ein optisches Verfahren noch nicht möglich gewesen. Die Technik war also ausgereift; allerdings fehlte für diese Sensorik eine produkthafte Auseinandersetzung, um auf dieser Basis mögliche Produktentwicklungen in Zukunft starten zu können.

Meilenstein in der Medizintechnik-Entwicklung

CiS forscht im Augenblick daran, die diversen Vitalparameter (Blutdruck, Sauerstoffsättigung SpO2, Herzrate / Herzratenvariabilität) so präzise messen zu können, dass sie ausreichend genau sind, um sie in der Medizin verlässlich einsetzen zu können. In Zusammenarbeit mit einem HNO-Spezialisten hat das Forschungsinstitut eine Stelle im Gehörgang ausmachen können, die bei sehr vielen Menschen planar ist und damit eine kontinuierliche PPG-Messung mit hoher Signalqualität erfolgen kann. Ein wichtiger Meilenstein bei der Entwicklung der Technik, da damit nun genaue Messungen möglich sind.

Die Fähigkeit, Vitalparameter sehr genau bestimmen zu können, lieferte also die innovative technische Grundlage für das Projekt. Für die weitere Umsetzung zu sorgen war die Aufgabe der Produktdesigner, bei der sie freie Hand hatten. Ziel war es, zwei stark unterschiedliche Entwürfe zu kreieren – auch im konzeptionellen Bereich: Wie verschieden können Produkte konzipiert werden, obwohl sie gleiche Voraussetzungen haben?

VIMO: Sprach-Assistent liefert Trainingsprogramm für Lungenkranke

Das von Albert Ibragimov unter dem Namen VIMO entwickelte In-Ear-Gerät ist ein Sprach-Assistent, der einem Patienten mit Atembeschwerden, wie beispielsweise COPD oder Asthma, Anweisungen für Atemübungen gibt und dabei seine Vitalparameter misst. Der Nutzer wird beim Training geführt und individuell belastet, um Überanstrengung und Atemnot zu verhindern. Gleichzeitig werden die Daten dabei aufgezeichnet und stehen dem Arzt zur Diagnostik zur Verfügung. Um besonders anstrengende Ereignisse wie Treppensteigen oder schweres Heben zu vermerken, kann der Patient auf dem Device eine Sprachaufzeichnung aufnehmen, damit der Arzt Problemsituationen besser erkennen und zuordnen kann. Das In-Ear-Device misst die Vitalparameter und gibt dem Nutzer gleichzeitig Sprachanweisungen zur Übung.

Das Gesamtpaket besteht neben dem In-Ear-Device aus einer App sowie aus einem mobilen und einem stationären Lade Case. Die App visualisiert die Übungen mittels eines virtuellen Trainers und speichert Statistiken. Das mobile Lade-Case dient zum Laden des In-Ear-Devices, der Aufbewahrung und der Datenübertragung an einen PC beim behandelnden Arzt. An der stationären Ladeschale hingegen lässt sich das mobile Case komfortabel aufladen.

COR erleichtert Menschen mit schwerwiegender Herzerkrankung den Alltag

Während VIMO also als Rehabilitationsassistent speziell Patienten mit Lungenkrankheiten durch Sprachansagen im Ohr als Trainingsprogramm dient, verfolgte Luca Nisi mit dem COR den Ansatz, ein Produkt speziell für Herzerkrankungen zu entwickeln und damit Betroffenen der Fallot-Tetralogie das Leben zu erleichtern. Die Fallot-Tetralogie (ToF) ist der häufigste angeborene Herzfehler mit ca. 600 Fällen pro Jahr, was 10 % aller angeborenen Herzfehler ausmacht. Symptome der ToF sind beispielsweise ein Loch in der Herzkammerscheidewand, eine reitende Aorta, eine Verengung der Lungenarterie oder eine Muskelverdickung in der rechten Herzkammer. 95 Prozent aller Betroffenen sterben noch vor dem vierzigsten Lebensjahr. Daraus ergibt sich die erste besondere Anforderung: keine Stigmatisierung! Da die Patienten sehr jung sind, darf das Device in der Schule, der Uni oder auf der Arbeit möglichst wenig auffallen.

Junge Zielgruppe erfordert besonders dezentes Design

Wichtig für diese Patienten ist eine kontinuierliche Messung der Vitalparameter. Mit COR, dem von Luca Nisi verfolgten In-Ear-Device, lassen sich alle wesentliche Werte – Herzratenvariabilität, Blutdruck und die Sauerstoffsättigung im Blut, dezent messen. Sie ermitteln die Daten an den Kardiologen, sodass der behandelnde Arzt einen umfassenden Blick auf den Zustand seines Patienten erhält. Für den Patienten entfallen damit zum Teil lange Anfahrtswege und Wartezeiten zur Nachsorge. Sind die Werte auffällig, kann der Arzt sie im Kontext besser einordnen.

Hohe Anforderungen an die In-Ear-Wearables

Beide Konzepte waren mit hohen Anforderungen an die In-Ear-Wearables konfrontiert. Das Produkt sollte sich einfach und stabil am Ohr fixieren lassen, damit es beispielsweise auch bei leichten sportlichen Aktivitäten nicht verloren werden kann. Ein hoher Tragekomfort soll dem Patienten durch eine optimale ergonomische Anpassung und die Verwendung weicher Materialien gewährleisten und Druckstellen durch harte Kanten vermeiden. Auch darf das Produkt nicht an Pullover oder Schal hängenbleiben. Es soll schnell eingesetzt, in Betrieb genommen und ebenso mühelos wieder entfernt werden können. Um dem Patienten eine Stigmatisierung zu ersparen, soll es möglichst dezent und unauffällig wirken. Die Hörfunktion des Ohrs soll möglichst vollständig erhalten bleiben. Ebenfalls wichtig bei der Design-Entwicklung: Das Device muss mit einem Computer kommunizieren können.

Einzigartig am Markt

Luca Nisi und Albert Ibragimov haben in ihren unterschiedlichen Konzepten alle Vorgaben erfüllt. Obwohl es bereits Armbänder oder Smartwatches gibt, die durch das PPG-Verfahren Vitalparameter bestimmen, sind die Werte dieser Produkte sehr unpräzise, da das Handgelenk an sich nicht optimal für diese Art der Messung ist und durch die Bewegungsfreiheit solcher Produkte die Messwerte stark verfälscht werden können.

Auch gegenüber den bereits erhältlichen Produkten, die im PPG Verfahren ebenfalls am Ohr messen, haben die Konzepte unserer Studenten einen entscheidenden Vorteil: Nicht eines der vorhandenen Produkte auf dem Markt lässt Rückschlüsse auf den Blutdruck zu und keines misst die Werte so präzise, wie es seitens CiS angedacht ist. Für die COR- und VIMO-Zielgruppen sind diese Geräte damit unbrauchbar.

Medical Design für Zukunftstechnologie

So wenig „Design-Freiheit“ die beiden In-Ear-Wearables aufgrund ihrer Winzigkeit und der gleichen Einsatzstelle den beiden Studenten auch boten, so beeindruckend ist ihnen die Abgrenzung der beiden Konzepte gelungen. Zwei mögliche Konzepte und Gestaltrichtungen liegen vor, die nun weiterverfolgt und ausgearbeitet werden können. Überzeugen die Konzepte auch unseren Kooperations-Partner CiS? Wir werden im Blog über die Weiterentwicklung der Ansätze berichten. Unseren Nachwuchs-Designern danken wir für die interessanten Konzepte!