Ein neuartiger thermischer Feuchtesensor zur Bestimmung der Materialfeuchte sowie erste Anwendungen werden vorgestellt. Der Sensor ist aufgrund des thermischen Messverfahrens praktisch unempfindlich auf typische Störgrößen, wie elektromagnetische Felder oder unterschiedliche Salinität. Durch eine geeignete Signalauswertung kann der Messbereich des Sensors ohne weiteren Aufwand auf sehr dünne Schichten begrenzt werden. Damit ist der Sensor besonders geeignet, körpernah den Wassergehalt von Textilschichten und auch der Haut zu vermessen. Das System kann sehr kompakt aufgebaut werden und der Energieverbrauch ist gering, so dass tragbare Anwendungen – Wearables – realisiert werden können.

Der Feuchtehaushalt des Menschen spielt für Sport wie auch die allgemeine Gesundheit eine sehr wichtige Rolle. (Smith & Havenith, 2011). Bereits ein Wasserverlust von 2% des Körpergewichts führt zu einer merklichen Abnahme der körperlichen und geistigen Leistungsfähigkeit. Ein Verlust von 5% oder mehr kann die Arbeitsfähigkeit um etwa 30% verringern (Jeukendrup, 2010, p. 32). Ein Wasserverlust von 10 % des Körpergewichts ist letztendlich lebensgefährlich. Aus gutem Grund gibt es unzählige Apps und Fitness-Tracker die einen erinnern, genügend zu trinken. Der Nachteil ist, dass diese Anwendungen üblicherweise weder Information zu dem aktuellen Feuchtegehalt im Körper noch zu dem Feuchteverlust durch Schwitzen besitzen. Mithilfe von körpernahen Feuchtemessungen können diese Informationen ergänzt werden. Es wird damit möglich, älteren Menschen und auch aktiven Ausdauersportlern zielgerichtet erweiterte Informationen zu ihrem aktuellen Wasserhaushalt zu liefern und/oder an das Trinken zu erinnern.

Der an der Hochschule Kaiserslautern entwickelte thermische Feuchtesensor (Schönfisch et al., 2020) bietet optimale Voraussetzungen für körpernahe Feuchtemessungen. Der mikrotechnisch hergestellte THMS-Sensor (THMS für Transient-Heat Moisture-Sensing) basiert auf einem sehr dünnen Folienheizer (ca. 8 µm), der für eine sehr kurze Periode (~0.3 s) um wenige Grad aufgeheizt wird. Zugleich wird dessen Temperaturanstieg aufgezeichnet und ausgewertet. Dieses Temperaturverhalten ist abhängig vom Feuchtegehalt der Umgebung. Der Energieverbrauch ist gering und erlaubt den Betrieb mit einer kleinen Batterie wie sie typischerweise in Smart Watches verbaut werden.

Feuchtemessungen in körpernah getragener Kleidung erlaubt es, den Feuchteeintrag durch Schwitzen unmittelbar zu messen und in Verbindung mit weiteren Daten Informationen zur aktuelle Schweißrate zu extrahieren. Die Daten können unmittelbar über eine drahtlose Schnittstelle an ein Mobiltelefon zur Aufzeichnung bzw. weiteren Auswertung übertragen werden.

In den ersten Pilotversuchen zu Hautfeuchtemessungen konnte gezeigt werden, dass mit dem THMS-Sensor unterschiedliche Feuchte in der äußeren Hautschicht (Stratum Corneum) detektiert werden kann. 

Der Feuchtegehalt des Stratum Corneum bietet zwar noch keine Informationen über eine mögliche Dehydration des Körpers, demonstriert jedoch die Eignung des THMS-Sensors für Messungen in der Haut. Experimentell wird zurzeit die Vermessung tieferer Schichten der Epidermis und die Korrelation der Messungen mit Feuchtigkeitsverlusten nach sportlicher Aktivität verfolgt. 

Literaturliste:

Jeukendrup, A. (2010). Sports Nutrition - From Lab to Kitchen. Meyer & Meyer Sport.

Schönfisch, D., Göddel, M., Blinn, J., Heyde, C., Schlarb, H., Deferme, W., & Picard, A. (2020). Miniaturized and Thermal-Based Measurement System to Measure Moisture in Textile Materials. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science, 1900835. doi.org/10.1002/pssa.201900835

Silbernagl, S., & Draguhn, A. (2018). Taschenatlas Physiologie. Thieme.

Smith, C. J., & Havenith, G. (2011). Body mapping of sweating patterns in male athletes in mild exercise-induced hyperthermia. European Journal of Applied Physiology, 111(7), 1391–1404. doi.org/10.1007/s00421-010-1744-8