Haustürschlüssel, Portemonnaie oder Gesundheitskarte sollen künftig am Finger „stecken“. Dazu integriert ein neues 3D-Druckverfahren die Elektronik für die sensiblen Informationen in einem „schmucken“ Gegenstand.
Smarte Ringe könnten als neues Wearable-Format zumindest teilweise die beliebten Armbänder ablösen. Etwa vor einem Jahr war überall von Oura – dem Smart-Ring, der COVID-19 erkennt – zu lesen. Danach folgten ähnliche Exemplare, die Schlaf oder Fitness tracken, als Zahlungsmittel dienen oder dank Knochenschalltechnologie sogar das Smartphone ersetzen.
Ein neu entwickelter Fingerring vom Fraunhofer IGCV mit integriertem RFID-Tag soll nun Schlüssel, Portemonnaie, Gesundheitskarte und überhaupt alles, was auf sensiblen Informationen beruht, beherbergen. Damit entfiele vor verschlossenen Türen, beim Bezahlen an der Kasse oder etwa bei der Suche nach dem Impfausweis an der Grenze das hektische Gewühle in Taschen, Jacken oder Beinkleidern. Und wer Gesundheitsdaten wie Blutgruppe oder Medikamentenunverträglichkeiten sofort in seinem Ring zur Hand hat gewinnt unter Umständen bei einem Unfall lebensrettende Zeit.
Wichtiger als der Fingerring selbst ist aber letztlich das Verfahren, welches inmitten des Produktionsprozesses an eigentlich unzugänglichen Stellen im Bauteil die Elektronik integriert. Im weitesten Sinne handelt es sich dabei um einen 3D-Druck und zwar um eine sogenannte „pulverbettbasierte, additive Fertigung“. Das Prinzip: Ein Laserstrahl fährt über feines Metallpulver, und überall dort, wo der 80 Mikrometer große Laserspot auf das Pulver trifft, schmilzt es und erstarrt anschließend zu einem Materialverbund. Schicht für Schicht entsteht so der Ring mit einer entsprechenden Aussparung für die Elektronik. Dort platzieren Roboter während des Prozesses eine RFID-Komponente, bevor der „Druck“ weitergeht. Die Fertigung erlaubt so völlig individuelle und durch die Versiegelung gleichzeitig fälschungssichere Ringdesigns.
Die RFID-Chips müssen allerdings so ausgelegt sein, dass die elektromagnetischen Signale durch das eigentlich abschirmende Metall dringen. Das gelingt am besten bei Frequenzen um die 125 Kilohertz. Außerdem sorgt die Art der Positionierung dafür, dass Tag und Sender nur ein Millimeter Metall trennt. Eine große Rolle für die Signalausbreitung spielt auch die Ausgestaltung der Hohlform (Kavität) und die Einbettung der Elektronik darin. Und nicht zuletzt muss die empfindliche Elektronik der RFID-Tags vor den über 1000 Grad Celsius hohen Temperaturen des Fertigungsprozesses geschützt werden.
Die Technologie ist natürlich nicht nur auf „schmucke“ Gegenstände begrenzt. Vielmehr lässt sie sich überall dort einsetzen, wo die herkömmliche Integration von Elektronik an ihre Grenzen stößt. Derzeit arbeiten die Ingenieure am Fraunhofer IGCV beispielsweise an einer Anwendung im Bereich der Produktionstechnik. Sie implementieren Sensoren in Zahnräder, wo sie im laufenden Betrieb permanent Lastzustand, Temperatur und andere wichtigen Parameter drahtlos übertragen. So lassen sich etwa durch die Auswertung der Vibrationen an einem Zahn erste Schäden aufdecken. Energie erhalten die Sensoren über eine gedruckte RFID-Antenne auf der Außenseite. So gelingt künftig ein Monitoring, das aufgrund der schnellen Rotation der Zahnräder kaum umsetzbar wäre.
Das Video zeigt den automatisierten Integrationsprozess. Durch dieses Verfahren wurden bereits ein metallisches Bremspedal und der RFID-Fingerring realisiert.