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Patent Searching and Data


Title:
SHOE SOLE AND SHOE INSOLE FOR MEASURING BODY WEIGHT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/193328
Kind Code:
A2
Abstract:
The present invention relates to a layer model of a shoe insole, which comprises pressure sensors. The layer model allows the simple and precise measurement of an application of a weight. It is particularly advantageous that the proposed shoe insole can be provided with little technical complexity and that conventional shoes can be retrofitted therewith.

Inventors:
REDTEL, Holger (Lindenstrasse 10, Perleberg, 19348, DE)
VON WALDTHAUSEN, Daniel (Leibnizstrasse 56, Berlin, 10629, DE)
Application Number:
EP2016/062426
Publication Date:
December 08, 2016
Filing Date:
June 01, 2016
Export Citation:
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Assignee:
NWTN-BERLIN GMBH (Leibnizstrasse 56, Berlin, 10629, DE)
International Classes:
G01G19/44; G01G19/52; A43B3/00; A43B13/00; A43B17/00
Domestic Patent References:
2012-11-15
Foreign References:
DE4237072C11993-12-02
DE29512711U11995-10-19
Attorney, Agent or Firm:
VOSSIUS & PARTNER (Siebertstraße 3, München, 81675, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Schuhsohle (S) zum Messen von Körpergewicht, mit

einer ersten Schicht (LO, LI, ... , Lz) aufweisend eine erste Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich.

2. Schuhsohle (S) gemäß Anspruch 1 , mit mindestens einer zweiten Schicht (LO, LI, ... , Lz) aufweisend eine zweite Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich.

3. Schuhsohle (S) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste und der zweite Messbereich zumindest teilweise unterschiedlich sind.

4. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und der zweite Messbereich kontinuierlich sind.

5. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) der ersten Schicht (LO, LI, ... , Lz) im Wesentlichen über den Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) der zweiten Schicht (LO, LI, ... , Lz) angeordnet sind.

6. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich der elektrische Widerstand je Drucksensor nach dessen Beaufschlagung mit einem Gewicht ändert.

7. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Widerstandsänderung einen Rückschluss über die Größe des beaufschlagenden Gewichts erlaubt.

8. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) jeweils unabhängig voneinander ausgelesen werden können.

9. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste und die zweite Schicht (LO, LI, ... , Lz) jeweils eine Trägerlage mit aufgebrachten Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) aufweisen.

10. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Trägerlage durch nichtleitende Streifen in Kacheln unterteilt ist.

11. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) zum Auslesen mittels elektrischer Leiterbahnen an eine Recheneinheit gekoppelt sind.

12. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schichten (LO, LI, ... , Lz) Atmungsbrücken aufweisen.

13. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, welche als eine Schuheinlegeschuhsohle (S) ausgeformt ist.

14. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend mindestens eine weitere Sensoreinheit (S000, ... , Sxyz) aus einer Gruppe, die Gruppe aufweisend: einen Luftdrucksensor, einen Drucksensor, einen Pulsmesser, ein Elektrokardiogrammgerät, einen Temperaturfühler, einen Beschleunigungssensor und einen Lagesensor.

15. Schuhsohle (S) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drucksensoren (S000, ... ,Sxyz) unterschiedlicher Schichten (LO, LI, ... , Lz) gemäß unterschiedlicher Messbereiche messen.

16. Schuh, aufweisend eine Schuhsohle (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.

17. Verfahren zum Herstellen einer Schuhsohle (S) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend: Bereitstellen einer ersten Trägerlage und überkreuzweises Aufbringen von Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich zur Herstellung einer ersten Schicht (L0, LI, ... , Lz);

Bereitstellen einer zweiten Trägerlage und überkreuzweises Aufbringen von Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich zur Herstellung einer zweiten Schicht (L0, LI, ... , Lz); und Zusammenfügen der ersten und der zweiten Schicht (LO, LI, ... , Lz).

18. Schuhsohle (S) zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichtes, mit mindestens einem an einer Außenfläche der Sohle (S) angebrachten Drucksensor (101).

19. Schuhsohle (S) nach Anspruch 18 ferner aufweisend:

eine erste Schicht (LO, LI, ... , Lz) aufweisend eine erste Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich.

20. Schuhsohle (S) nach Anspruch 18 oder 19 ferner aufweisend:

mindestens eine zweite Schicht (LO, LI, ... , Lz) aufweisend eine zweite Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren (S000, ... , Sxyz) eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich.

21. Schuhsohle (S) zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichtes, mit mindestens einem relativ zu einem horizontalen Teil der Schuhsohle in einem Winkel angeordneten drucksensitiven Sensors.

22. Schuhsohle (S) nach Anspruch 21, wobei der Winkel zwischen dem horizontalen Teil der Schuhsohle und dem mindestens einen Drucksensor 75 bis 105 Grad, vorzugsweise 85 Grad beträgt.

23. Schuhsohle (S) nach Anspruch 21, wobei der Winkel zwischen dem horizontalen Teil der Schuhsohle und dem mindestens einen Drucksensor 1 bis 45 Grad, vorzugsweise 10 bis 35 Grad beträgt.

24. Schuhsohle (S) nach einem der Ansprüche 21-23, wobei der mindestens eine Drucksensor an einer Pelotte angebracht ist und wobei sich die Pelotte auf dem horizontalen Teil der Sohle befindet.

25. Schuhsohle (S) nach einem der Ansprüche 21-24, wobei der mindestens eine Drucksensor sich auf einem Stützteil zur Unterstützung des Quer- oder Längsgewölbes des Fußes befindet.

26. Verfahren zur Steuerung einer Menge in einer oder mehreren Schichten angeordneten Drucksensoren, wobei die Menge an Drucksensoren in mehrere Gruppen aufgeteilt ist, mit den folgenden Schritten:

Feststellen, ob ein einer Gruppe an Drucksensoren zugeordneter erster Drucksensor eine Änderung des Drucks detektiert;

Aktivieren mindestens eines Teils der Drucksensoren der entsprechenden Gruppe, falls der zugeordnete erste Drucksensor eine Änderung des Drucks detektiert.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei für jede Gruppe an Drucksensoren detektiert wird, ob ein der jeweiligen Gruppe an Drucksensoren zugeordneter erster Drucksensor eine Änderung des Drucks detektiert und Aktivieren mindestens eines Teils der Drucksensoren der jeweiligen Gruppe, falls der zugeordnete erste Drucksensor der jeweiligen Gruppe eine Änderung des Drucks detektiert.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die ersten Drucksensoren in einem Streifen angeordnet sind.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-28, wobei der erste Drucksensor von der zugehörigen Gruppe an Drucksensoren und/oder der Menge an Drucksensoren separat angeordnet ist.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-28, wobei der erste Drucksensor Teil der Gruppe an Drucksensoren ist.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-30, wobei für den Fall dass die Menge an Drucksensoren in mehreren Schichten angeordnet ist, die jeweiligen Gruppen Drucksensoren aus mehreren Schichten aufweisen.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Drucksensoren der Schichten im Wesentlichen übereinander angeordnet sind.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-32, wobei die Drucksensoren der Menge an Drucksensoren überkreuz geschaltet sind.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 26-33, zur Steuerung der Drucksensoren in einer Schuhsohle nach einem der Ansprüche 1-16 und 18-25.

Description:
Schuhsohle und Schuheinlegesohle zum Messen von Körpergewicht

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schuhsohle zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichts, welche auch als Schuheinlegesohle ausgestaltet werden kann und somit in einen Schuh zum Messen von Körpergewicht einzulegen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung einer Schuhsohle bzw. einer Schuheinlegesohle. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Schuhsohle zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichtes, als auch eine entsprechende Schuheinlegesohle mit mindestens einem relativ zu einem horizontalen Teil der Schuhsohle in einem Winkel angeordneten drucksensitiven Sensors. Die Erfindung betrifft auch eine Schuhsohle zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichtes, als auch eine entsprechende Schuheinlegesohle mit mindestens einem an einer Außenfläche der Sohle angebrachten Drucksensor. Die Erfindung betrifft auch mindestens ein Verfahren zur Ansteuerung mehrerer zusammengeschalteter drucksensitiver Sensoren.

Ein Anwendungsgebiet der Fitnessbranche sind elektronische Erweiterungen bestehender Sportgeräte mit zusätzlicher Sensorik, welche Daten des Trainierenden während dessen Trainingseinheit abgreift und diese einer elektronischen Auswertung zugänglich macht. So sind bereits Fitnessbänder bekannt, welche mittels eines GPS-Sensors messen, wie weit ein Jogger während einer Trainingseinheit läuft. Nach seinem Training kann er diese Trainingsdaten aus seinem Handy auslesen. Auch bekannt sind Drucksensoren in Schuhen, z. B. Sportschuhen, um eine Gangbildanalyse durchzuführen. Weitere Anwendungsszenarien solcher elektronischer Zusatzmodule sind z. B. das therapeutische Training, welches dem Trainierenden eine Rückmeldung gibt, ob er eine bestimmte Belastung überschreitet oder eben auch ob er mehr Kraft aufwenden muss. Auch ist es möglich, mittels eines Drucksensors innerhalb eines Schuhs ein technisches Gerät, z. B. ein elektronisches, virtuelles Gaspedal anzusteuern. DE 42 37 072 Cl zeigt einen flächig ausgestalteten Foliendrucksensor, insbesondere zur Sitzbelegungserkennung bei einem Fahrzeugsitz, dessen elektrischer Widerstand mit zunehmender Normalkraft auf die Folienoberfläche abnimmt.

WO 2012/152420 AI zeigt ein Anwendungsszenario einer Sensorik, die Daten eines Joggers, welcher mittels eines Bewegungssensors und eines Drucksensors überwacht wird, an ein Handy übermittelt. Es kann somit eine Laufbildanalyse bzw. eine Gangbildanalyse durchgeführt werden.

DE 295 12 711 Ul zeigt ein Messsystem zur statischen und dynamischen Druckverteilungsmessung an der Fußsohle eines Menschen mit Hilfe von Kraftmesssohlen. Ferner ist eine Telemetrieeinheit vorgesehen, welche gemessene Daten an eine Verarbeitungseinheit weiterleitet. Ferner ist ein resistiver Drucksensor in einer Kraftmesssohle gezeigt.

Der Stand der Technik weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Eingeschränkt wird die Ermittlung von Daten oft durch eine begrenzte Energieversorgung, oder durch die Baugröße der Rechen- und Speichereinheit. Ein weiterer Grund zur Begrenzung von alltäglichen Messungen sind die Kosten bzw. der technische Aufwand für die beabsichtigte Ermittlung von Daten.

Seit der Erfindung des Schuhs dient er dem Nutzer zum Schutz vor übermäßiger Beanspruchung und Belastung der Füße, Extremitäten bzw. dem Körper. Kräfte die bspw. mit dem Kopf, Händen, Rumpf oder Beinen aufgenommen, gehalten oder getragen werden, müssen auf den Boden über die Füße abgeleitet werden. Die Füße gleichen die von oben nach unten wirkenden Kräfte mit ihrer Muskulatur, mit Hilfe der Gleichgewichtsorgane und der vorhandenen koordinativen und motorischen Möglichkeiten und der vorhandenen Leistung, von unten nach oben aus. Die Füße übertragen die Last des Körpers, zuzüglich etwaiger Gewichte, von z. B. mitgeführten Gegenständen, auf den Boden. Mit Entwicklung der Schuhe konnten längere und gleichzeitig schonendere Bewegungen ausgeführt werden. Schuhe besitzen somit vielfältige Aufgaben und werden heute bspw. nach Anwendung, Preis, Tragekomfort, persönlichem Geschmack und Ästhetik ausgewählt. Bspw. unterliegt ein Sportschuh besonderen Kriterien. Er unterscheidet sich je nach Sportarten und Disziplinen. Innerhalb einer Sportart, wie bspw. Leichtathletik oder Fußball, besitzt der Sportschuh unterschiedliche Merkmale. Die Abstimmung der Dämpfung ist ein mögliches Merkmal. Personen die ein höheres Körpergewicht mit sich tragen, benötigen eine höhere Dämpfung im Schuh, um einen Mehrwert an Tragekomfort zu erzielen. Eine neue Disziplin in der Wissenschaft und Medizin wurde mit der Weiterentwicklung und Anpassung des Schuhs an unterschiedliche Gegebenheiten, Handicaps und Erkrankungen entdeckt. Untersuchungen mit Hilfe der Stand- und Schrittanalyse auf Senk-, Spreiz- oder Plattfuß sind ein standardisiertes Untersuchungsmittel.

Die Ganganalyse/Druckpunktmessung kam mit der Entwicklung von Sensorik und Rechenleistung auf speziellen Flächen hinzu. Gangbilder werden genutzt um spezielle Schuhe in der Orthopädie zu schaffen. Extremitäten werden mit Schuhen angeglichen, um Längenunterschiede rechtzeitig im Kindesalter auszugleichen. Mit den orthopädischen Leistungen werden bspw. schnellere und einseitige Abnutzungen der Hüften begrenzt und somit geschont. Fehlende Zehen werden im Schuh ausgeglichen, da Abdruckunterschiede im Fuß zu weiterreichenden Erkrankungen führten. In den letzten Jahren wurde dem Sportschuh auch in diesen Bereichen Augenmerk geschenkt. Eine Ganganalyse vor dem Kauf eines Sportschuhs wird meist in größeren Sportfachgeschäften durchgeführt. Hier können die Vor- und Nachteile von speziellen Schuhen für den Nutzer sichtbar gemacht werden. Da der Käufer der Schuhe oft nichts von seinem abweichenden Gangbild zur Ideallinie weiß, wird diese Art der Messung oft zum ersten Hinweis von Abnutzungen der Gelenke durch bspw. Längenunterschiede der Extremitäten, Haltungsfehler, Unfälle oder übertriebener Ehrgeiz beim Sport verwendet.

Eine Unterscheidung, ob sich der Schmerz durch die Belastung aus einem gesunden Training heraus oder einer statischen Überbelastung herleitet, ist oft nebensächlich. Die Belastung des Körpers, bspw. der Muskeln und Gelenke, ist dosiert auf die Leistungsfähigkeit des Sportlers abzustimmen. Schmerzen in den Muskeln und Gelenken sind ein Zeichen von Überbelastung. In dem Falle der Reduktion von Anzeichen einer Überbelastung hilft lediglich anfänglich ausreichend Ruhe. Um diese Überbelastung zu erkennen werden heute Hilfsmittel genutzt, die elektronisch die Lauf- und Bewegungsleistungen überwachen. Die dabei angewendete Technologie im Schuh, mit GPS und Bewegungssensorik ausgestattet, speichert z. B. die zurückgelegte Strecke und die Zeit. Eine Kontrolle des Nutzers und gleichzeitig ein Hinweis auf eine Überbelastung sind hieraus jedoch nicht herzuleiten. Es fehlt ein Wert, der die Merkmale einer substanziellen Fehlbedarfsanforderung, bspw. Erschöpfungszustände, Erkrankungen oder Handicaps, zeigt. Substanziell sind beispielsweise die messbaren Veränderungen von Stand- oder Laufmustern, die aufgrund der Auswirkungen von Masse- und/oder Kräfteverteilung, bspw. bei einer belasteten, erkrankten oder gehandicapten Person auftreten.

Die Ermittlung von Daten im Alltag wird somit erst vorteilhaft, wenn die Einfachheit in der Handhabung und ein angemessener technischer Aufwand einen Mehrwert ergeben, d.h. wenn die zu erwartende Leistung den Aufwand für den jeweiligen relativen Anwendungsfall übertrifft.

Derzeitige am Markt angebotene Systeme wie Microcomputer haben zwar eine hohe Funktionalität in der Rechenleistung und besitzen einfache und gängige Schnittstellen. Die Baugröße eines MikroControllers richtet sich nach der Leistung und den Anschlüssen und ist nicht vergleichbar mit der hier beschriebenen Erfindung.

Eine kontinuierliche Messung der Masse und Masseverteilung im Schuh ist nicht bekannt. Die vorhandene Technologie ist derzeit zu groß für eine solche Anwendung und ist nicht tragbar im Alltag in einem Schuh, als Schuheinlage, oder als Klippsystem außerhalb des Schuhs und an der Fußsohle befestigt. Die Lösung dieses Problems ist unter anderem Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die Analyse der Stand- oder Ganglinie wird mit speziellen Messungen der Druckverteilung, die beim Abrollvorgang des Fußes entsteht, auf einer folienartigen und mit diverser Sensorik ausgestatteten Fläche aufgezeigt und ist, unter anderem, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Zur Messung und Auswertung werden herkömmlich aufwendige Gerätschaften benötigt, die sehr speziell zu bedienen und extrem kostenintensiv sind. Eine insbesondere kontinuierliche Bewertung der Masse bzw. des Gewichts von Menschen, ist mit der heutigen Technologie nicht möglich. Die vorhandene Technologie dient vor allem medizinischen Anwendungen im klinischen- bzw. wissenschaftlichen Bereich, wie der Diagnostik, in der Sporttherapie bspw. zur Analyse von Fehlern im Hochleistungssport, sowie in der Rehabilitation. Die Gang- und die Laufanalyse wird bspw. auch in der Schmerztherapie als diagnostisches Mittel eingesetzt.

Die Messungen werden herkömmlich von speziell ausgebildeten Wissenschaftlern in sportmedizinischen Einrichtungen, Facharzteinrichtungen wie der Orthopädie und Sportmedizin, von Podologen und manuell therapierenden Einrichtungen durchgeführt. Derzeitige Messungen von Masse und Masseverteilung, bzw. Kraft und Kraftverteilung werden außerhalb des Schuhs auf Laufbändern oder Messfolien angeboten.

Für kapazitive Messungen ist zu berücksichtigen, dass jede Person, bzw. die gemessene Oberfläche, eine auch durch Größe, Dichte, Feuchtigkeit veränderlichen Widerstandswert besitzt. Eine Änderung geschieht schon durch Berührung einer dritten Person. Feuchtigkeit wie Körperschweiß, Trinken, Regen ändern den Messwert. So ist eine Kalibrierung für eine Gewichtsmessung praktisch ausgeschlossen. Piezoelektrische Messungen können keine statischen Werte ermitteln. Durch einen Fußauftritt wird eine Änderung der Kapazität auf der elektrisch leitenden Fläche erzeugt. Danach wird der Stromzufluss abgeschaltet und die Zeit gemessen, wie lange Strom vom Sensor fließt.

Herkömmliche kapazitive Sensoren funktionieren wie Kondensatoren. Je größer und dichter der aufnahmefähige Körper, der vermessen werden soll ist, umso länger liefert er die gespeichert Energie. Deshalb dauert ein großer und dichter Körper zur Messung länger als ein kleiner Körper. Ein Körper der nur wenige Gramm wiegt, wird meist in wenigen Millisekunden gemessen werden können. Ein menschlicher Körper, der bspw. 80 Kilogramm wiegt, gibt noch ca. 1 Sekunde nach der Abschaltung des Stromes Kapazität frei. Somit ist die Anzahl der Messungen pro Sekunde begrenzt.

Nutzt man mehrere kapazitive Sensoren, lässt sich das Problem teilen. Die Teilung ist jedoch aus unterschiedlichsten Gründen, wie die begrenzte Zahl der Anschlüsse zum MikroController, nur sehr eingeschränkt möglich. Um einhundert Mal in der Sekunde mit kapazitiven Sensoren 100 Kilogramm zu messen, wäre ohne zusätzliche Lagen von Sensoren eine sehr große Anzahl an Sensoren notwendig. Die benötigte Anzahl steht jedoch in keinem Verhältnis zu den Möglichkeiten von selbst derzeit leistungsfähigsten AD Wandlern und MikroControllern.

Auch zukünftige, leistungsfähige MikroController mit weit mehr Anschlüssen werden immer eine platz- und ressourcensparende Lösung auf Trägern und Halbleitern benötigen.

Es ist somit, unter anderem, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schuhsohle bzw. eine Schuheinlegesohle bereitzustellen, welche mit wenig technischem Aufwand hergestellt werden kann und dennoch ein Gewicht, insbesondere ein Körpergewicht bzw. eine Gewichtsverteilung sehr genau misst, vorteilhafterweise soll die Messung kontinuierlich erfolgen. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen entsprechenden Schuh bereitzustellen, welcher mit einer vorteilhaft ausgestalteten Sensorik ausgestattet ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein möglichst einfaches Herstellungsverfahren einer solchen Schuhsohle bereitzustellen.

Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schuhsohle zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichtes, als auch eine entsprechende Schuheinlegesohle bereitzustellen, wobei die Schuhsohle mindestens einen relativ zu einem horizontalen Teil der Schuhsohle in einem Winkel angeordneten drucksensitiven Sensor aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schuhsohle zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichtes, als auch eine entsprechende Schuheinlegesohle mit mindestens einem an einer Außenfläche der Sohle angebrachten Drucksensor bereitzustellen. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung mehrerer zusammengeschalteter drucksensitiver Sensoren bereitzustellen.

Diese und andere Aufgaben werden gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.

Demgemäß wird eine Schuhsohle zum Messen von Körpergewicht bereitgestellt, mit einer ersten Schicht aufweisend eine erste Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Schuhsohle mindestens eine zweite Schicht mit einer zweiten Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich. Somit kann die vorgeschlagene Schuhsohle mehrere Schichten aufweisen, welche jeweils über eine eigene Messsensorik, d. h., insbesondere eine erste bzw. eine zweite Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren, verfügen. Hierbei ist es möglich, eine solche Schicht mittels eines speziellen Druckverfahrens bereitzustellen, wobei auf eine bestimmte Schicht eine weitere Schicht aufgedruckt wird und somit schichtenweise eine Schuhsohle hergestellt wird. Somit kann die erfindungsgemäße Schuhsohle in einem einfachen Herstellungsprozess bereitgestellt werden, bei dem z. B. ein herkömmliches Trägermaterial mit den einzelnen Schichten bedruckt wird. Dem Fachmann sind hierbei weitere Herstellungsmöglichkeiten bekannt, wie eine solche Anordnung von Schichten bereitzustellen ist.

Ein Problem von Force Sensing Resistor, FSR, - Sensoren und anderer resistiver und auch piezoelektrischer und kapazitiver Sensoren ist der eingeschränkte Messbereich. FSR Sensoren messen bspw. nur in Bereichen von 1 bis 4 Kilogramm gut und werden mit jedem Kilogramm ungenauer. Bei 10 Kilogramm ist ein Maximum erreicht. Im Folgenden werden auch Drücke durch die Einheit „kg" angegeben. Dem Fachmann ist eine Umrechnung auf die entsprechenden Einheiten des Drucks bspw. durch die Verwendung der Gravitationskonstante bekannt.

Um die Ungenauigkeiten kalkulieren zu können, werden Druckverteilungskurven herangezogen. Eine vorteilhafte Lösung besteht in der Überlagerung von weiterer Sensorik auf der Platine in mehreren Lagen. Die erfindungsgemäßen Lagen kosten nur ein Bruchteil eines einzigen FSR-Sensors. Eine Lage auf der Platine kann jedoch hunderte von Masse messenden Sensoren besitzen. Der erfindungsgemäße Lagenaufbau kann so mit einer dreidimensionalen Matrix Masse im Milligramm-Bereich und auch Tonnen von Massen messen. Die Ungenauigkeitsbereiche, hervorgerufen durch die maximale Ausnutzung der Widerstände von 0 bis 1023 bei der beispielhaften Verwendung eines 10-Bit AD Wandlers können durch weitere erfindungsgemäße Lagen ausgespart werden. Eine weitere beispielhafte Verwendung betrifft einen 12-Bit AD Wandler mit einem Messbereich von 0 bis 4095, beispielsweise von Nordic Semiconductors.

In einem erfindungsgemäßen Anwendungsfall ist eine einfache jedoch funktionelle Recheneinheit vorgesehen, die sich speziell auf das Ziel einer preiswerten Lösung richtet. Die Recheneinheit soll weiterhin speziell mit einfacher Sensorik, zielgerichtet und energiearm kommunizieren können. Eine energiearme Funklösung kann die Daten abschließend auf die Bildausgabe, vorzugsweise ein mobiles Endgerät, wie bspw. ein Smartphone, mit hoher Übertragungsrate senden.

Die Recheneinheit kann die Messergebnisse an die Auswerteeinheit einzeln, sowie auch synchronisiert senden, so dass somit mehrere Messergebnisse aus mehreren Messorten berechnet und ausgewertet werden können. Die erfindungsgemäße Technik bzw. Technologie, verfügt über Sensorik, Recheneinheit, Speichereinheit, Wandler, Funkeinheit, Energieversorgung und zur besseren Handhabung, vorzugsweise auch über eine Induktionsladung oder Solarladung. Insbesondere sind Induktionsladung und/oder Solarladung einer in der Schuhsohle optional vorgesehenen Energiequelle Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die erste Schicht weist eine erste Menge an Drucksensoren auf, welche vorzugsweise in ihrer Anzahl mit der zweiten Menge von Drucksensoren der zweiten Schicht übereinstimmen kann. Dies ist aber nicht wesentlich. Vielmehr ist es in einem Ausführungsbeispiel möglich, dass beide Schichten nicht gleich groß ausgeformt sind, so dass nur an bestimmten Belastungsbereichen innerhalb eines Schuhs mehrere Lagen von Drucksensoren übereinanderliegen und an anderen Belastungszonen lediglich eine Schicht vorliegt. So kann es vorteilhaft sein, dass beispielsweise an einem Fersenbereich und an einem Ballenbereich mehrere Schichten von Drucksensoren verbaut werden, während unter den Zehen typischerweise niedrige Belastungen auftreten und daher z. B. nur eine Schicht vorliegt.

Die einzelnen Schichten können derart ausgestaltet sein, dass diese unterschiedliche Gewichtsbereiche messen. So kann beispielsweise eine erste Schicht ausgestaltet sein, nur Drucksensoren bereitzustellen, welche in einem Messbereich von 1 bis 10 Kg messen können. Eine in einer zweiten Schicht bereitgestellte zweite Menge von Drucksensoren kann beispielsweise eingerichtet sein, lediglich einen Druck von 0 bis 5 Kg zu messen. Durch diese unterschiedlichen Messbereiche lassen sich die Gewichtsbelastungen, welche auf einen bestimmten Punkt innerhalb des Schuhs aufschlagen, addieren und somit lässt sich ein Gesamtgewicht berechnen. Somit ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, dass auch die Messgenauigkeit mittels mehrerer Lagen von Drucksensoren derart kalibriert werden kann, dass unterschiedliche Sensorschichten mit jeweils unterschiedlicher Druckempflindlichkeit derart vorteilhaft ausgewählt und übereinander gelagert werden können, dass eine praktisch beliebige Messgenauigkeit erzielt werden kann. So ist es erfindungsgemäß möglich, dass zu bestimmten Schwer lastsensoren auch einzelne besonders sensitive Drucksensoren verbaut werden können, sodass mittels einer Addition der einzelnen gemessenen Krafteinwirkungen praktisch beliebige Messbereiche in sehr hoher Genauigkeit detektiert werden können.

Somit wird es erfindungsgemäß vermieden, dass eine Messungenauigkeit lediglich einer Sensorschicht zu einer Verfälschung des Messergebnisses führt. Erfindungsgemäß können die zu erwartenden beaufschlagenden Kräfte dadurch sehr genau gemessen werden, so dass je nach zu erwartendem Druck pro Punkt eine geeignete Auswahl bzw. Anzahl an Belastungssensoren an diesem Punkt misst.

Erfindungsgemäß werden die Drucksensoren derart überkreuz geschaltet, dass sich eine kleinere Fläche, verglichen beispielsweise mit einer Parallelschaltung ergibt. Typischerweise sind zu verwendende Drucksensoren länglich ausgestaltet, welche, falls sie in einer Fläche längs nebeneinander angeordnet werden, mehr Platz einnehmen, als die erfindungsgemäßen überkreuz geschalteten Drucksensoren. Mit der speziellen Über-Kreuz-Schaltung ist es somit auch möglich weniger Leiterbahnen zu deren Ansteuerung vorzusehen, da bei einer Ν χ Μ Matrix- Anordnung von Drucksensoren lediglich N+M Ausgänge abgegriffen werden müssen, um jeden einzelnen Druckpunkt ansteuern zu können. Ein Beispiel hierzu ist in Figur 2 gezeigt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der erste und der zweite Messbereich zumindest teilweise unterschiedlich. Dies hat den Vorteil, dass unterschiedliche Messbereiche pro Druckpunkt eingerichtet werden können, um auch die Genauigkeit der Druckmessung skalieren zu können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der erste und der zweite Messbereich kontinuierlich. Die kontinuierliche Messung hat den Vorteil, dass keine diskreten Messungen im Sinne einer zeitdiskreten Messung oder im Sinne eines diskreten Messbereichs das Messergebnis verfälschen. So kann beispielsweise über einen gewissen Zeitraum kontinuierlich der Verlauf einer Druckkurve, d. h. einer Beaufschlagung von Gewicht an einem bestimmten Messpunkt, gemessen werden. Außerdem kann wertkontinuierlich eine Dezimalzahl gemessen werden, was insbesondere den Vorteil hat, dass keine binäre Messung vorgenommen wird. Herkömmliche Sensoren sind teilweise lediglich dazu eingerichtet, zu detektieren, ob eine Druckbeaufschlagung vorliegt oder nicht. Erfindungsgemäß kann hier jedoch ein kontinuierlicher Messwert ermittelt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Drucksensoren der ersten Schicht im Wesentlichen über den Drucksensoren der zweiten Schicht angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass zur Gewichtsbestimmung an einem gewissen Druckpunkt lediglich ein Aufaddieren der einzelnen gemessenen Drucksensorwerte ausreichend ist. Die Drucksensoren sind lediglich im Wesentlichen übereinander angeordnet, da herstellungsbedingt oder gemäß der Krafteinwirkung bei einer Druckbeaufschlagung eine leichte Ablenkung der einzelnen Sensoren gegeneinander erfolgen kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ändert sich der elektrische Widerstand je Drucksensor nach dessen Beaufschlagung mit einem Gewicht. Dies hat den Vorteil, dass auch herkömmliche Drucksensoren verwendet werden können, welche besonders dünn ausgestaltet sind und sich zudem ohne großen technischen Aufwand herstellen lassen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erlaubt die Widerstandsänderung einen Rückschluss über die Größe des beaufschlagenden Gewichts. Dies hat den Vorteil, dass allein anhand dieser Sensorik, bzw. anhand der gemessenen Widerstandsänderung bereits von einer bereitgestellten Recheneinheit ein Gewicht, welches auf einen bestimmten Messpunkt innerhalb des Schuhs drückt, gemessen werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Drucksensoren jeweils unabhängig voneinander ausgelesen werden. Dies hat den Vorteil, dass alle Drucksensoren innerhalb der Schuhsohle separat angesprochen werden können, und dass beispielsweise lediglich ein bestimmter Bereich ausgelesen werden kann. So kann es vorteilhaft sein, dass lediglich ein Ballenbereich und/oder ein Fersenbereich für eine Messung relevant ist und somit weitere Sensoren an anderer Position ausgeschaltet werden können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die erste und die zweite Schicht jeweils eine Trägerlage mit aufgebrachten Drucksensoren auf. Es kann jedoch auch insgesamt nur eine Trägerlage vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Schichten nicht vor einem Herstellungsprozess bereitgestellt werden müssen, sondern dass lediglich ein Trägermaterial bereitgestellt wird, auf das die einzelnen Schichten im Nachhinein aufgetragen werden können. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass herkömmliche Sohlen derart nachgerüstet werden können, dass sie die erfindungsgemäße Schichtenanordnung aufweisen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Trägerlage durch nichtleitende Streifen in Kacheln unterteilt. Dies hat den Vorteil, dass mittels der Kacheln ein Abfließen von Strom derart verhindert wird, dass das Messergebnis nicht verfälscht wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Drucksensoren zum Auslesen mittels elektrischer Leiterbahnen an eine Recheneinheit gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass eine Recheneinheit bereits mit der Schuhsohle bereitgestellt werden kann, welche entweder selbst Messungen auswerten kann, oder aber die Messdaten an eine externe Recheneinheit lediglich weiterschaltet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die Schichten Atmungsbrücken auf. Dies hat den Vorteil, dass eine Dampfsperre innerhalb des Schichtenmodells unterbrochen werden kann. Hierbei kann es insbesondere vorteilhaft sein, die Atmungsbrücken derart übereinander anzuordnen, dass die Sohle insgesamt eine Atmungsbrücke bereitstellt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schuhsohle als eine Schuheinlegesohle ausgeformt. Dies hat den Vorteil, dass die Schuheinlegesohle alleine, d.h. ohne einen sie umgebenden Schuh bereitgestellt werden kann und somit herkömmliche Schuhe erfindungsgemäß nachgerüstet werden können.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Schuhsohle mindestens eine weitere Sensoreinheit auf. Eine solche Sensoreinheit kann ein Pulsmesser, ein Elektrokardiogrammgerät, ein Temperaturfühler, ein Beschleunigungssensor und/oder ein Lagesensor sein. Dies hat den Vorteil, dass eine Vielzahl weiterer Sensoren innerhalb der Schuhsohle bereitgestellt werden kann, welche derart synergetisch mit den Drucksensoren zusammenwirken können, dass eine Vielzahl von Messergebnissen ein umfängliches Bild nicht nur einer Gewichtsbeaufschlagung, sondern bzw. auch eines Trainingsverhaltens liefern kann. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung messen die Drucksensoren unterschiedlicher Schichten unterschiedliche Messbereiche. Dies hat den Vorteil, dass ein schichtenweises Messen einzelner Messbereiche möglich ist. Die einzelnen Schichten können mit wenig technischem Aufwand bereitgestellt werden, da pro Schicht stets gleiche Sensoren verwendet werden können.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch einen Schuh, welcher eine Schuhsohle, wie sie beschrieben wurde, aufweist. Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schuhsohle mit den Schritten eines Bereitstellens einer ersten Trägerlage und überkreuzweises Aufbringen von Drucksensoren, die eingerichtet sind zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich, zur Herstellung einer ersten Schicht. Das Verfahren kann ferner einen Schritt eines Bereitstellens einer zweiten Trägerlage und überkreuzweises Aufbringen von Drucksensoren aufweisen, die eingerichtet sind zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich, zur Herstellung einer zweiten Schicht, sowie ein Zusammenfügen der ersten und der zweiten Schicht.

Die Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung weist gemäß einem Ausführungsbeispiel mindestens eine Rechen- und Speichereinheit, mindestens eine Wandler, mindestens eine Energieeinheit, mindestens eine Auswertelogik, mindestens eine Sensorik, mindestens eine Funklösung, Trägermaterial für die elektronischen Bauteile, mindestens eine mobile und/oder stationäre Bildeinheit und/oder mindestens eine Vorrichtung zur Aufnahme der Komponenten in oder an einem Schuh auf. Die Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung ist insgesamt preiswerter, flexibler und kombinierbarer, als herkömmliche Produkte.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass unterschiedliche Sensoren gleichartige Messungen durchführen und abgleichen können, Ergänzungen geben und sich mit anderen Anwendungen kombinieren lassen. Die Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung kann mindestens einen Datensatz in Echtzeit messen, speichern selbstständig untereinander kommunizieren und Ergebnisse eigenständig auswerten und Handlungen auslösen. Die Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet autark und kann mit weiteren Sensoren selbstständig kommunizieren. Die Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung misst die kontinuierlichen Zustände und Zustandsänderungen von mindestens einem beteiligten Sensor, wie vorzugsweise Masse bzw. Kraft, die von den Füßen auf den Erdboden wirken.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die kontinuierlichen Zustände und Zustandsänderungen die von den Füßen ausgehen, sowie auch von außen auf die Füße einwirken, von mindestens einem Sensor, wie einem Temperatursensor, Druck-, Schall-, Feuchtigkeits- und/oder Lichtsensor, gemessen werden. Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass mindestens eine Kamera und/oder eine Fotodiode angesteuert werden kann. Die Sensoren fest und/oder mobil, im und/ oder außerhalb im Schuh, z. B. in einer Socke, verbaut sein.

Die Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf einem Trägermaterial die Komponenten von Rechen- und Speichereinheit, Sensoren, Wandler, Verstärker und/oder Funkeinheit verbinden. Die Baugröße der Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung kann minimal die Größe des zu messenden Fußabdruckes betragen.

Genutzt wird beispielsweie für die Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung ein MikroController oder Halbleiter, dem eine spezielle Firmware die Kommunikation mit der Sensorik direkt erlaubt. Der MikroController kann auf einer transparenten Trägereinheit, auch als Chip on Board verbaut sein. Mit einzelner Sensorik und/oder auch Kombinationen aus unterschiedlichen Sensoren, können so komplexere Datenmessungen für aufwändige Anwendungen erfolgen.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass zwei unterschiedliche Sensoren für unterschiedliche Anwendungen im Schuh zur Messung genutzt werden.

Eine spezielle App kann aus einem weiteren gemessenen Wert im Schuh, bspw. aus den gespeicherten Temperaturdaten innerhalb und außerhalb des Schuhs, Statistiken erstellen und Handlungshinweise auch für Dritte vorschlagen.

Das an den Füßen gemessene Gewicht ändert sich im Alltag ständig. Faktoren, die zum gemessenen Gewicht beitragen sind beispielweise die Kleidung, ob die Person einen oder mehrere Gegenstände trägt, ob die Person sitzt oder steht, etc. Anders gesagt: Was trage ich, sitze ich, stehe ich auf einem Bein und vieles mehr. Im Alltag sind diese Informationen interessant für private und auch für dienstliche und/oder kommerzielle Anwendungen. Die Anwendungen der Erfindung im Alltag sind somit vielfältig.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann z. B. ein Leichtathlet/in seine Abdruckenergie beim Sprinten oder den Sprungdisziplinen messen kann. Ein Gewichtheber benötigt kein Tagebuch seiner Trainings- und Wettkampfleistungen mehr. Der Fitnesssportler kann mit Kurz- und Langhanteln trainieren, und seine Leistungen, Wiederholungs- und Satzzahlen und die Bewegungsausführung werden elektronisch gespeichert. Auch können mit der vorliegenden Erfindung Erschöpfungszustände detektiert und aufgezeichnet werden. So kann durch eine zeitabhängige und/oder dynamische Messung der detektierten Druckveränderung der Sensoren der Grad der Erschöpfung ermittelt werden.

In den Ausdauersportarten ist der Gewichtsverlust durch Dehydration durch den Gewichtsverlust erkennbar. Im Schulsport werden Bewegungsdefizite bspw. in der koordinierten Beweglichkeit erkennbar. Abläufe und nicht sichtbare Fehlerquellen können bildhaft nicht nur dem Sportlehrer erkennbar gezeigt werden. Therapieansätze werden mit der Erfindung schneller aufgezeigt. Im Rehabilitationssport sind Leistungssteigerungen selbst in der kleinsten Veränderung für Trainer, Therapeut und für den Patienten, auch als Motivationshilfe, sichtbar und somit dienlich. In der Prävention können gesetzte Marker in der Erfindung bspw. auch auf Defizite des Nutzers hinweisen. Sportschuhe mit Gewichtssensorik stellen für fast alle Sportarten und Anwendungsbereiche einen Zugewinn dar.

Die Schuhsohle gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt auch Daten von Haltungsfehlern oder schlechtsitzende Prothesen, die bspw. Schonhaltungen erzeugen und zu disharmonischen Gewichtsverlagerungen führen.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass bspw. beim Angeln selbstständig per App Aufgaben erfüllt werden. Bspw. wird der Fang mit Hilfe der Sensorik im Schuh gewogen, indem der Angler den Fang in den Händen hält und der Schuh das zusätzliche Gewicht misst.

Mit der vorliegenden Erfindung können Masseänderungen des Körpers während des Laufens, sowie der Gewichtsverlust gemessen werden. Auch können die Masseänderungen vom linken zum rechten Fuß, oder umgekehrt, gemessen werden. Die Erfindung ermöglicht ferner folgende Messungen bzw. Auswertungen: Die Schritt längenänderung in Länge und Zeit, eine einseitige Belastung während der Bewegung, Disharmonien während der Bewegung Die Erfindung ermöglicht, dass selbstständig bzw. autonom reagiert wird, sobald sich der Trendverlauf innerhalb einer Anwendung und der definierten Zeit ändert. Die Erfindung kann als Hinweissystem für den Nutzer dienen und/oder Warntöne bei Überbelastung ausgeben. Aus der Sensorik im Schuh, sowie den gespeicherten Daten können Zustände ermittelt werden, um dritte Personen zu Hilfeleistungen per Funk zu benachrichtigen, oder es können in Echtzeit Daten an Dritte und/oder Informationen in soziale Netzwerke gesendet werden.

Ferner können im Fitnesssport die Trainingsgewichte gemessen werden, Wiederholungszahlen ermittelt werden, Satzzahlen ermittelt werden, der konzentrische Bewegungsverlauf in Zeit gemessen werden, der exzentrische Bewegungsverlauf in Zeit gemessen werden, die Bewegungsgeschwindigkeit und der Abfall bei Belastung gemessen werden, der Belastungsgrad (z.B. leicht, mittel, schwer) gemessen werden, die Masse an Gewicht insgesamt während eines Trainings, bspw. an einem speziellen Gerät oder als Tagesleistung an allen Fitnesskraftgeräten gemessen werden, die Dauer eines Training mit und ohne Pausen ermittelt werden, Trainings- oder Tagesdiagramme/Pläne sowie Statistiken automatisch erstellt werden, Trainings- oder Tagesdiagramme/Pläne sowie Statistiken automatisch für Dritte in soziale Netzwerke als Produkt und/oder als Marketingprodukt erstellt und zur Verfügung gestellt werden kann, allgemeine Trainingsdaten in geschlossene und/oder offene (soziale Netzwerke) Informationsräume/Kreise geteilt werden, die Skalierung auf eine einzelne Trainingswiederholung, auch während der Trainingspause aktuell in Echtzeit als Ansicht (bspw. Maximalleistung), dem Nutzer und auch Dritten zur Verfügung gestellt werden, Pausenzeiten ermittelt und als Vorgabe per Ton an den Nutzer ausgegeben werden, fehlerhafte oder geänderte Trainingsprinzipien ermittelt werden, situationsbedingte visuelle und vertonte Trainingshinweise ausgegeben werden, Daten zur kurzfristigen und langfristigen Trainingsführung gespeichert werden, koordinative und motorische Informationen zu speziellen Bewegungsabläufen ermittelt und gespeichert werden, Rückkopplungen zu Bewegungsabläufen und Reaktionszeiten gemessen werden und/oder, das sensitive Verhalten bei definierter Bewegungsanforderung ermittelt werden.

Ferner können Überbelastungen, bspw. durch verkürzte Hüft- und Oberschenkelbeuger und Erkrankungen durch Auswertung der Vergangenheit und/ oder im Abgleich von Daten ermittelt werden, Belastungsgrade durch eine gleichbleibende oder veränderte konzentrische und exzentrische Bewegung (Wellenform in Zeit und Hubhöhe) in der Ausführungszeit und Hubhöhe, ermittelt werden, physische Tagesbelastungen eines Menschen, bspw. Beamte, Fließbandarbeiter oder Mauerer, gemessen werden. Automatisierte Lösungen mit dem Schuh können im Alltag smarte elektrische Anlagen steuern, beispielsweise kann der Schuh die Beleuchtung in Räumen an- und ausschalten.

Die Erfindung betrifft auch eine Schuhsohle zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichtes, als auch eine entsprechende Schuheinlegesohle mit mindestens einem relativ zu einem horizontalen Teil der Schuhsohle in einem Winkel angeordneten drucksensitiven Sensors. Der horizontale Teil der Schuhsohle ist der Bereich der Schuhsohle, auf dem die Fußsohle, d.h. die Planta pedis, größtenteils aufliegt. Größtenteils bedeutet in diesem Zusammenhang bevorzugt der gesamte Teil einer normal ausgebildeten Fußsohle ohne das Quer- und Längsgewölbe. Erfindungsgemäß wird der Winkel zwischen dem horizontalen Teil der Sohle und dem mindestens einem Drucksensor durch den Winkel zwischen dem horizontalen Teil und der drucksensitiven Fläche des Drucksensors definiert. So kann erfindungsgemäß der Winkel zwischen dem horizontalen Teil der Schuhsohle und dem mindestens einen Drucksensor 75 bis 105 Grad oder 1 bis 45 Grad betragen, bevorzugt 85 Grad oder 10 bis 35 Grad. Beispielsweise kann der mindestens eine Drucksensor an einer Pelotte angebracht sein, wobei sich die Pelotte auf dem horizontalen Teil der Sohle befindet. Auch kann sich der mindestens eine Drucksensor auf einem Stützteil zur Unterstützung des Quer- oder Längsgewölbes des Fußes befinden. Auch können erfindungsgemäß ein- oder mehrlagig angeordnete überkreuz geschaltete Sensoren in einem Winkel relativ zum horizontalen Teil der Sohle angeordnet sein.

Die Erfindung betrifft auch eine Schuhsohle zum Messen einer Masse bzw. eines Gewichts, insbesondere eines Körpergewichtes, als auch eine entsprechende Schuheinlegesohle mit mindestens einem an einer Außenfläche der Sohle angebrachten Drucksensor. Bevorzugt ist diese Außenfläche der Sohle von der Fußauflagefläche der Sohle nach oben, d.h. in Richtung Körpermittelpunkt der Person, erstreckt. Wie auch schon bei der vorstehend erläuterten Schuhsohle mit mindestens einem weiteren in einem Winkel zum horizontalen Teil der Sohle angeordneten Drucksensor, können mit einer solchen erfindungsgemäßen Schuhsohle neben den vertikalen Kräfte, d.h. den Kräften, die auf den horizontalen Teil der Sohle wirken, auch horizontale Kräfte gemessen werden. Damit ist es, unter anderem, möglich in der dynamischen Bewegung auch Scherkräfte aufzuzeichnen, die z.B. beim Abbremsen auftreten, oder auch die Kräfte, die entstehen, wenn beim Laufen zuerst die Hacke aufgesetzt wird. Ein erfindungsgemäßes Beispiel einer Schuhsohle mit mehreren an der Außenfläche der Sohle angebrachten Drucksensoren ist in Fig. 6 gezeigt. Auch können erfindungsgemäß ein- oder mehrlagig angeordnete überkreuz geschaltete Sensoren an der Außenfläche der Sohle angebracht sein.

Die Messung dieser Kräfte erlaubt es Aussagen darüber zu machen, wie sich z.B. starkes Abbremsen aus der hohen Beschleunigung, beispielsweise beim Tennis, insbesondere auf nicht nachgebendem Untergrund, z.B. Rasen, Sporthalle, auf den Bewegungsapparat auswirkt. Darüber hinaus werden Fußfehlstellungen nicht nur in ihrer vertikalen sondern auch in ihrer horizontalen Auswirkung erfasst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Schuhsohle, die an der Außenfläche einen oder mehrere Drucksensoren aufweist, und/oder die Schuhsohle, die mindestens einen relativ zu einem horizontalen Teil der Schuhsohle in einem Winkel angeordneten drucksensitiven Sensor aufweist, im Übrigen nach einer der vorstehend genannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sein.

So kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Schuhsohle, die an der Außenfläche einen oder mehrere Drucksensoren aufweist, und/oder die Schuhsohle mit mindestens einem relativ zu einem horizontalen Teil der Schuhsohle in einem Winkel angeordneten drucksensitiven Sensors, weitere Drucksensoren aufweisen, vorzugsweise auf dem horizontalen Teil der Sohle, und besonders bevorzugt nach einem der vorstehend genannten Aspekte der vorliegenden Erfindung. So kann beispielsweise die erfindungsgemäße Sohle, vorzugsweise auf dem horizontalen Teil, eine erste Schicht mit einer ersten Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren aufweisen, wobei die erste Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich eingerichtet sind. Auch kann die erfindungsgemäße Sohle, vorzugsweise auf dem horizontalen Teil, mindestens eine zweite Schicht mit einer zweiten Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren aufweisen, wobei die zweite Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich eingerichtet sind. Vorzugsweise können auch bei einer solchen Sohle der erste und der zweite Messbereich zumindest teilweise unterschiedlich und/oder der 1. und der 2. Messbereich kontinuierlich sein.

Vorzugsweise können auch bei einer solchen Sohle die Drucksensoren der ersten Schicht im Wesentlichen über den Drucksensoren der zweiten Schicht angeordnet sein.

Vorzugsweise können auch bei einer solchen Sohle die Drucksensoren jeweils unabhängig voneinander ausgelesen werden können.

Vorzugsweise können auch bei der solchen Sohle die erste und die zweite Schicht jeweils eine Trägerlage mit aufgebrachten Drucksensoren aufweisen. Vorzugsweise ist die Trägerlage durch nichtleitende Streifen in Kacheln unterteilt.

Vorzugsweise sind bei einer solchen Sohle die Drucksensoren zum Auslesen mittels elektrischer Leiterbahnen an eine Recheneinheit gekoppelt sind.

Vorzugsweise können auch bei einer solchen Sohle die Schichten Atmungsbrücken aufweisen.

Vorzugsweise kann eine solche Sohle auch mindestens eine weitere Sensoreinheit aus einer Gruppe aufweisen, wobei die Gruppe aufweist: einen Luftdrucksensor, einen Drucksensor, einen Pulsmesser, ein Elektrokardiogrammgerät, einen Temperaturfühler, einen Beschleunigungssensor und einen Lagesensor.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung einer Menge in einer oder mehreren Schichten angeordneten Drucksensoren, wobei die Menge an Drucksensoren in mehrere Gruppen aufgeteilt ist, mit den folgenden Schritten:

Feststellen, ob ein einer Gruppe an Drucksensoren zugeordneter erster Drucksensor eine Änderung des Drucks detektiert; und

Aktivieren mindestens eines Teils der Drucksensoren der entsprechenden Gruppe, falls der zugeordnete erste Drucksensor eine Änderung des Drucks detektiert. Der erste Drucksensor übernimmt somit die Aufgabe eines„Wächters", durch den festgestellt wird, ob eine entsprechende Gruppe an Drucksensoren aktiviert werden soll/muss. So kann beispielsweise bei Verwendungen einer Schuhsohle festgestellt werden, ob sich der elektrische Widerstand gemessen durch einen ersten Drucksensor ändert und somit der Drucksensoren mit einem Gewicht beaufschlagt ist. Ist dies der Fall, werden entsprechend die Drucksensoren einer dem Wächter-Drucksensor zugeordneten Gruppe aktiviert/scharf gestellt. Somit können in vorteilhafter Weise bei reduziertem Datenvolumen, Bewegungen, beispielsweise Rollbewegungen über die Sohle, detektiert werden.

Vorzugsweise werden die aktivierten Drucksensoren nach einer vordefinierten Zeit Tl wieder deaktiviert. Vorzugsweise liegt die Zeit Tl in einem Bereich von 0,1 ms bis 100 ms, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1 ms bis 10 ms und noch mehr bevorzugt in einem Bereich von 1 ms bis 10 ms.

Vorzugsweise werden die aktivierten Drucksensoren einer Gruppe wieder deaktiviert, wenn der der Gruppe zugeordnete erster Drucksensor eine erneute Änderung des Drucks detektiert, vorzugsweise eine Änderung des Drucks unterhalb einer vorbestimmten Grenze.

Vorzugsweise werden alle Drucksensoren der entsprechenden Gruppe aktiviert, falls der zugeordnete erste Drucksensor eine Änderung des Drucks detektiert.

Vorzugsweise wird für jede Gruppe an Drucksensoren detektiert, ob ein der jeweiligen Gruppe an Drucksensoren zugeordneter erster Drucksensor eine Änderung des Drucks detektiert und mindestens eines Teils der Drucksensoren der jeweiligen Gruppe aktiviert, falls der zugeordnete erste Drucksensor der jeweiligen Gruppe eine Änderung des Drucks detektiert.

Vorzugsweise sind die ersten Drucksensoren in einem Streifen angeordnet. Vorzugsweise ist dieser Streifen in unmittelbarer Nähe zu der Menge an Drucksensoren angeordnet.

Vorzugsweise ist der erste Drucksensor bzw. sind die ersten Drucksensoren von der zugehörigen Gruppe an Drucksensoren und/oder der Menge an Drucksensoren separat angeordnet. Vorzugsweise ist der erste Drucksensor bzw. sind die ersten Drucksensoren Teil der jeweiligen zugehörigen Gruppe an Drucksensoren.

Vorzugsweise weisen, für den Fall, dass die Menge an Drucksensoren in mehreren Schichten angeordnet ist, die jeweiligen Gruppen Drucksensoren aus mehreren Schichten auf.

Vorzugsweise sind die Drucksensoren der Schichten im Wesentlichen übereinander angeordnet.

Vorzugsweise sind die Drucksensoren der Menge an Drucksensoren überkreuz geschaltet.

Vorzugsweise ist das vorstehend genannte Verfahren zur Steuerung von Drucksensoren in einer der vorstehend genannten erfindungsgemäßen Schuhsohlen geeignet.

Im Folgenden werden bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Schuheinlegesohle;

Fig. 2: eine Schichtenmatrix von Drucksensoren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3: eine beispielhafte Ausgestaltung eines kreuzweise verschalteten Drucksensors je Schicht;

Fig. 4: ein Schichtenmodell einer Schuhsohle gemäß einem Aspekt der vorliegenden

Erfindung;

Fig. 5: ein weiteres Schichtenmodell einer Schuhsohle gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6: eine Schuhsohle mit mehreren an der Außenfläche angebrachten

Drucksensoren. Figur 1 zeigt eine Schuhsohle S, welche über mehrere Sensoren zur Messung einer Druckverteilung verfügt. Hierbei sind die einzelnen Sensoren SO, Sl, Sx flächig in einer Ebene angeordnet, die vorliegende Schuhsohlenanordnung ist mit einer zweidimensionalen Sensorenschicht ausgestattet.

Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung einer einzelnen Schicht von Messsensoren S00, SOI, SOn in einer Schuhsohle S. Hierbei ist ersichtlich, dass die vorliegende 8x 16 Matrix von Drucksensoren lediglich mit 8 Leitungen auf der rechten Seite und 16 Leitungen auf der unteren Seite auskommt. Dies ist aufgrund der überkreuz geschalteten Drucksensoren möglich, die zudem noch aufgrund der Überkreuzverschaltung weniger Platz beanspruchen. Somit kann eine höhere Auflösung des Messbereichs aufgrund einer höheren Anzahl an Drucksensoren erzielt werden. Außerdem lassen sich unterschiedliche Messbereiche einzelner Sensoren derart kombinieren, dass an einem gewissen Druckpunkt mehrere Messbereiche gleichzeitig gemessen werden können.

Es ist möglich, dass ein verbauter Chip lediglich 8 Kraftsensoren maximal auf einmal auslesen kann. Somit können Gruppen aus 8 Sensoren gebildet werden. Jedoch werden diese Sensoren nacheinander ausgelesen. Außerdem ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, dass Zuleitungen, d.h., elektrische Leiterbahnen derart eingespart werden können, dass nicht jeder einzelne Drucksensor mit einem Chip verbunden werden muss, sondern dass, wie in Figur 2 gezeigt, lediglich Leiterbahnen von den jeweils äußeren Drucksensoren abgeführt werden müssen.

Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung misst den Widerstand, bzw. den Ausgleich einer Spannung von zwei voneinander beabstandeten und elektrisch leitenden Bahnen. Die Spannung muss jedoch durch ein elektrisch leitendes Materials fließen. Der Widerstand der durch das elektrisch leitende Material entsteht, ist gleichbleibend und kann speziell für den Anwendungszweck bei der Herstellung definiert werden.

Die nach oben laufende Ungenauigkeitskurve der Messgenauigkeit mit zunehmendem Druck kann durch eine weitere Lage/ Halbleiterschicht mit einem veränderten Widerstandswert und den notwendigen elektrischen Leiterbahnen als Sensor ergänzt bzw. ersetzt werden. Wenn die Trägerlage durch nichtleitende Streifen in Kacheln unterteilt ist, wird das Problem von Kriechströmen und Kurzschlüssen gelöst bzw. vermindert. Temperatursensoren in einer Schuhsohle zu verbauen erfolgt ähnlich. Durch Druckunterschiede werden auch Temperaturunterschiede an der Fußsohle gemessen.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz einer Logik von elektrischen Verbindungen in Former einer Matrix innerhalb einzelner und auch mehrfach übereinander gelagerter Lagen, wie oben beschrieben.

Die Matrix erlaubt die Messung bzw. das Auslesen einer Vielzahl von Sensoren, innerhalb von definierten Zeitabschnitten und Ebenen, die in einer Schaltung Reihe für Reihe angesprochen und nacheinander ausgelesen werden. Durch die Lösung einer Überkreuzschaltung (in Reihe und parallel) spart man Anschlüsse am MikroController und Leitungen auf der Platine. Somit sind kleinere Baugrößen, ein geringeres Gewicht, weniger Energie und somit auch ein geringerer Herstellungspreis möglich.

Ja nach benötigter Genauigkeit und Messbereich können die Lagen sich elektronisch autonom aktivieren und anpassen. Jede Lage kann unterschiedliche Bereiche messen. Abstufungen aus unterschiedlichen Lagen können zusammengefasst und ein genaueres Ergebnis kann so selbst bei hohen Gewichten gemessen werden.

Die erfindungsgemäße Matrix- Lagen- und Flächensensorik ist beim Messen von Massen vorteilhaft bezüglich Baugröße, Messbereich, Genauigkeit, Einfachheit in der Herstellung, Einfachheit in der Matrix, und Software.

Figur 3 zeigt überkreuz angeordnete und geschaltete Dehnungssensoren, welche als Drucksensoren jeweils einer Schicht Verwendung finden können. In der vorliegenden Figur 3 ist links oben ein überkreuz geschalteter erster Dehnungsstreifensensor gezeigt, welcher mittels einem Überkreuzverschalten von Dehnungssensoren S00 und S001 hergestellt ist. Ferner ist ein Dehnungssensor einer zweiten Schicht dargestellt, welcher die beiden Sensoren S10 und Si l überkreuz geschaltet aufweist. Diese beiden Sensoren können derart in Schichten verbaut werden, dass der erste Sensor bestehend aus Sensoreinheit S00 und Sensoreinheit SOI in einer Schicht angeordnet ist und darüber oder darunter der zweite Sensor bereitgestellt aus der ersten Sensoreinheit S10 und der zweiten Sensoreinheit S i l angeordnet ist. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist jedoch keinesfalls auf Dehnungsstreifensensoren beschränkt.

Figur 4 zeigt ein Schichtenmodell der erfindungsgemäßen Schuheinlegesohle, aufweisend die Schichten L0, LI, Lm. In der vorliegenden Figur 4 sind in einer schematischen Darstellung die einzelnen Sensoren S00 bis Smn gezeigt. In einer ersten Schicht L0 sind die Sensoren S00, SOI,..., SOn angeordnet. In dem vorherigen Beispiel sind die Drucksensoren der ersten Menge jeweils über bzw. unter den Drucksensoren der zweiten Menge bzw. der weiteren Mengen angeordnet. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, die gemessenen Werte der einzelnen Drucksensoren derart aufzuaddieren, dass an einem gemessenen Druckpunkt ein Beaufschlagen des Gesamtgewichts berechnet werden kann. Drückt man beispielsweise in der vorliegenden Figur 4 auf die links angeordnete Seite der Schuheinlegesohle, so werden die Messergebnisse der Sensoren S00, S10, SmO derart aufaddiert, dass der Druckpunkt auf der linken Seite der Schuhsohle ausgelesen wird.

Wie in der vorliegenden Figur 4 ersichtlich ist, kann eine beliebige Anzahl an Schichten mit jeweils einer Menge an Drucksensoren vorgesehen werden. Hierbei ist es nicht notwendig, aber gegebenenfalls vorteilhaft, dass jede Schicht L0, LI, Lm die gleiche Anzahl an Drucksensoren aufweist.

Die Platine ist als Träger- bzw. Halbleiterlage gleichzeitig Aufnahmeeinheit der elektrischen Leiterbahnen. Um weitere Lagen aufzubringen kann lackiert und/ oder beschichtet werden. Auch mehrere Lagen übereinander verarbeitet besitzen nur eine Bauhöhe von weniger als 1 mm. Die Matrix arbeitet gemäß einem Aspekt dreidimensional zwischen den Lagen der Platine. Die Matrix kann zur Verbesserung der Performanz auch diagonal und/oder lagenübergreifend verwendet werden.

Figur 5 zeigt das in Figur 4 beschriebene Schichtenmodell, d. h. die Schichtenmatrix in einer dreidimensionalen Darstellung, wobei der erste Index jedes Sensors den horizontalen Lagepunkt innerhalb der Schicht anzeigt, vorliegend nummeriert von links nach rechts. Der zweite Index zeigt die Anordnung des jeweiligen Drucksensors in horizontaler Tiefenebene einer Schicht der Schuheinlegesohle an, vorliegend nummeriert von vorne nach hinten. Der dritte Index zeigt die Schichtennummerierung innerhalb der Schuheinlegesohle an, vorliegend nummeriert von oben nach unten. So hat in der vorliegenden Figur 5 der vorderste Drucksensor der obersten Schicht links die Indizierung S000 und der Drucksensor der untersten Schicht, rechts hinten, die Indizierung Sxyz.

Hiermit wird verdeutlicht, dass es sich bei dem vorgeschlagenen Schichtenmodell um eine dreidimensionale Anordnung von Sensoren handelt, welche auch innerhalb dieses dreidimensionalen Modells einzeln angesprochen werden können. Somit kann jeder einzelne Drucksensor innerhalb der dreidimensionalen Schuheinlegesohle einzeln angesprochen, bzw. ausgelesen werden oder es kann auch gruppenweise ausgelesen werden. Dies heißt, dass eine beliebige Untermenge der bereitgestellten Drucksensoren ausgelesen werden kann. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, auf bestehende Anwendungsszenarien, beispielsweise einer bestimmten Sportart, Rücksicht zu nehmen.

Auf mindestens eine Träger- bzw. Halbleiterlage wird direkt eine beliebig hohe Anzahl an Sensoren mittels Überkreuzschaltung (Reihe und Parallel) zur Verringerung der Anschlüsse einzelner elektronischer Sensorelemente aufgebracht und verschaltet. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft möglich, wenn die Träger- bzw. Halbleiterlage durch nicht elektrisch leitende Streifen in Kacheln aufgeteilt ist. Die Größen der Kacheln werden so dimensioniert, dass die Baugröße eines elektronischen Sensorelementes für die jeweilige Anwendung optimiert ist. Eine Überkreuzschaltung (in Reihe/parallel) ermöglicht die elektronischen Zu- und Ableitungen jeder einzelnen Träger- bzw. Halbleiterlage mit Leiterbahnen auf etwa 20 Prozent verglichen mit herkömmlichen Lösungen zu reduzieren, ohne die Messung selbst zu beeinträchtigen. Mindestens eine mit elektronischen Leiterbahnen als elektronische Sensorelemente hergestellte Träger- bzw. Halbleiterlage, dient zur Messung der Masse einer Person. Jede zusätzliche Lage ermöglicht eine Verbesserung der gemessenen Ergebnisse wie bspw. höhere und genauere Messergebnisse. Jede Halbleiterlage definiert einen speziellen Messbereich zur Messung von Masse und kann für weitere Anwendungen angepasst werden. Eine Halbleiterlage kann kleinste Masseunterschiede, bspw. in Milligramm messen. Jede weitere Halbleiterlage innerhalb einer mehrlagigen elektronischen Sensorkomponente besitzt vorzugsweise mindestens denselben Bereich des Widerstandswertes. Addiert mit dem Widerstandswert der ersten Lage kann somit mindestens die doppelte Masse gemessen werden.

Bei Einsatz von unterschiedlichen Halbleiterlagen mit unterschiedlichen Widerstandswerten, können sehr hohe Massen angepasst und dennoch extrem genau gemessen werden. Bei Bedarf können bspw. 8 Lagen von Halbleiter- und Sperrlagen, beschichtet oder lackiert, aufgeschichtet werden. Bei Bedarf können auch die Halbleiter- und elektrischen sensorischen Leiterbahnen als Kaskaden- bzw. Lawinenaufbau ausgeführt werden.

Die Kacheln und die elektrischen sensorischen Leiterbahnen können der gewünschten Anwendung in ihrer Größe angepasst werden. Zusätzliche Lagen können Sperrschichten sein, die Kriechströme verhindern und so zur Genauigkeit der Messergebnisse beitragen. Zusätzliche Lagen können auch Deckschichten sein, die die einzelne elektrische Sensorkomponente, bzw. auch die Träger- bzw. Halbleiterlage, gegen äußere und innere Belastungen schützen. Somit kann die Anzahl der Halbleiter- und elektrischen sensorischen Leiterbahnenkacheln auf die jeweilige Baugröße der Platine bzw. der Mehrlagenplatine und die zu messende Masse differenziert angeordnet und wenn notwendig bspw. kaskadiert hergestellt werden. Die Platine kann so vollständig in einem Arbeitsgang, auch inklusive weiterer Polymer- bzw. Widerstandsschichten, Sperr- bzw. Trenn- und/oder Deckschichten hergestellt werden.

Einzelne Lagen können auch auflackiert, gepulvert oder gepudert werden. Die elektronische Einheit ist kaskadierend in der Lage, jeden benötigten Sensor separat oder in Kombination auch diagonal durch die Schichten auszulesen, um differenziert und extrem genau Werte auch bei hohen Gewichten messen zu können. Durch diagonales Messen kann bspw. bei einer Schuhsohle eines Sprinters eine größere Anzahl an verwertbaren Ergebnissen bei schnellen dynamischen Bewegungen ermittelt werden.

Eine umlaufende elektrische Leiterbahn, ob auf einer Lage oder mehreren Lagen übereinander verbaut, kann zur Lösung der Aufgabe, Masse mit elektrischen sensorischen Leiterbahnenkacheln und Halbleiterkacheln zu messen, Verwendung finden. Diese umlaufende elektrische Leiterbahn auf der Träger- bzw. Halbleiterlage dient bspw. zur Übertragung von Information zur Recheneinheit.

Fig. 5 zeigt eine Schuhsohle S mit mehreren an der Außenfläche angebrachten Drucksensoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. So bilden gemäß dieser Ausführungsform hochgeklappte Einschnitte des Trägermaterials der Schuhsohle S die Außenfläche. Die Außenfläche ist erfindungsgemäß jedoch nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise einstückig ausgebildet sein. An der Außenfläche sind in Richtung des horizontalen Teils 100 der Sohle S zeigend mehrere Drucksensoren 101 angebracht. In der vorliegenden Ausführungsform sind diese Drucksensoren 101 lediglich einlagig ausgebildet. Es versteht sich aber, dass an der Außenfläche auch mehrere Lagen an Drucksensoren 101, wie anhand der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele gezeigt, angeordnet werden können. Die Messung der auftretenden Kräfte an den an der Außenfläche angebrachten Sensoren 101 erlaubt es, Aussagen darüber zu machen, wie sich z.B. starkes Abbremsen aus der hohen Beschleunigung insbesondere auf nicht nachgebendem Untergrund auf den Bewegungsapparat auswirkt. Darüber hinaus werden Fußfehlstellungen nicht nur in ihrer vertikalen sondern auch in ihrer horizontalen Auswirkung erfasst.

Der horizontale Teil 100 der Schuhsohle S bzw. der restliche Teil der Schuhsohle S kann ebenfalls einen oder mehrere Drucksensoren aufweisen. So kann die Schuhsohle S, wie vorstehend anhand weiterer Ausführungsbeispiele erläutert, eine erste Schicht L0, LI, ... , Lz mit einer ersten Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren S000, ... , Sxyz, eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich, aufweisen. Zusätzlich kann beispielsweise der horizontale Teil 100 der Schuhsohle S mindestens eine zweiten Schicht L0, LI, ... , Lz mit einer zweiten Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren S000, ... , Sxyz, eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich, aufweisen.

Erfindungsgemäß wird zur Messung und Steuerung ein preiswerter sogenannter Low-Energy- Mikrocontroller mit Speicher- und Funkeinheit, auf einem Trägermaterial verbaut.

Erfindungsgemäß befindet sich die mindestens eine Sensorik direkt auf dem Trägermaterial des Mikrokontrollers und/ oder beabstandet auf mindestens einem weiteren Trägermaterial.

Die Sensorik misst mindestens einen Datensatz in Echtzeit an mindestens einem Messort und speichert diesen anschließend. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommuniziert selbstständig mit mindestens einem weiteren Messort untereinander und kann Ergebnisse eigenständig auswerten und Handlungen auslösen, sie kann in einem Beispiel autark arbeiten und/oder es können ihr Aufgaben von außen erteilt werden.

Einzelne und kontinuierliche Daten können an mindestens einem Messort, bei mindestens einen Zustand und/ oder mindestens einer Zustandsänderung gemessen werden und nach Ermittlung und Bestimmung der Daten können Aktionen und Reaktionen ausgelöst werden, oder die Erfindung geht bis zur nächsten eigenständigen oder von außen ausgelösten Aktivierung in einen Ruhemodus.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gegeben, dass die einzelnen und kontinuierlichen Daten aus Zustand und Zustandsänderung, insbesondere Gewicht und Gewichtsänderung an mindestens einem Messort gemessen und gespeichert und für eine Bestimmung und Aktivierung von Handlungen gemäß dem jeweilig speziellen Datensatz nach Speicherung in einer Datenablage für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gegeben, dass Belastungsintensitäten, bspw. durch eine gleichbleibende oder veränderte konzentrische und exzentrische Bewegung (Wellenform in Zeit und Hubhöhe) in der Ausführungszeit und Hubhöhe ermittelt werden.

Im Folgenden werden Aspekte der datentechnischen Umsetzung des Auslesens der Sensorwerten mitsamt deren Übertragung, Abspeicherung und Auswertung beschrieben. Die erfindungsgemäße Cloudlösung basiert auf einer Kombination von RESTful Webservices und NoSQL Datenbanken, was eine hohe Skalierbarkeit, Systemstabilität und gleichzeitig Unabhängigkeit von großen Cloudanbietern ermöglicht. Eine Cloud kann hierbei als mindestens eine Recheneinheit vorliegen, welche mittels eines Netzwerks adressiert wird. Es eignet sich beispielsweise ein Rechenzentrum als eine sogenannte Cloud. Dies kann jedoch auch ein einzelner lokaler Speicher sein.

REST steht für Representational State Transfer und beschreibt ein Konzept zur Entwicklung von Serviceapplikationen, das sich an der Funktionsweise des Internets orientiert. Einzelne Ressourcen werden hierbei über eine URI (Unique Resource Identifier) eindeutig identifiziert und für Client Anwendungen bereitgestellt. Client Anwendungen können über eine beschränkte Menge an Befehlen, die dem HTTP Befehlssatz entliehen sind, neue Ressourcen anlegen, abrufen, bearbeiten oder löschen (CRUD - Prinzip).

Eine Ressource selbst wird vor der Übertragung vom Server zum Client und umgekehrt in eine textbasierte Repräsentation überführt. Als Repräsentationsformat wird in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung JSON verwendet, welches im Vergleich zu XML ein um bis zu 30% reduziertes Datenvolumen aufweist und zusätzlich dazu direkt als Javascript Code interpretiert und von jedem Webbrowser ausgelesen und verarbeitet werden kann.

Diese Kombination aus textbasierter Datenrepräsentation und dem Zugriff auf Ressourcen über URIs und standardisierten HTTP Befehlen ermöglicht es sowohl von eigens dafür entwickelten Client-Applikationen, proprietärer Software, als auch von einem Webbrowser, der auf jedem internetfähigen Endgerät, wie einem PC, einem Smartphone, einem Smart-TV oder ähnlichen Endgeräten, verfügbar ist, aus mit der Cloud zu kommunizieren und schafft so eine wiederverwendbare Kommunikationsschnittstelle für alle gängigen Endgeräte. In späteren Entwicklungsschritten ist somit eine Erweiterung der Servicelandschaft durch neue Services möglich, die über eben diese Schnittstelle mit den bisherigen Services interagieren können und so um zusätzliche Funktionalität ergänzen können.

Für die Implementierung der Webservices wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein zustandsloser, also stateless, Ansatz gewählt. Diese Art der Implementation setzt voraus, dass die Serviceapplikation niemals über den Zustand des anfragenden Clients informiert ist, außer durch die Daten die der Client zusammen mit der aktuellen Anfrage an die Cloud übermittelt hat. Das wiederum ermöglicht eine Anfrage als geschlossene Einheit zu betrachten und erlaubt somit den Einsatz von Loadbalancer, die ihrerseits die Anfragen unter hinzuziehen von vorgegebenen Metriken auf beliebige Serversysteme verteilen können. Dadurch wird auf Seiten der Cloud eine maximale horizontale Skalierbarkeit erreicht, die zur Verarbeitung der Anfragen von potenziell Hunderttausenden oder gar Millionen von Clients nötig ist, ohne die Stabilität des Gesamtsystems zu gefährden oder ein Einbrechen der Responsezeiten des Systems zu riskieren.

Gestützt wird diese Architektur gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung von den oben genannten NoSQL Datenbanken. Aufgrund der erwarteten Datenmenge würden einzelne Rechner schnell an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit kommen. Das gilt ebenso für konventionelle relationale Datenbanksysteme, die sich sehr gut vertikal, das bedeutet durch ein Upgrade der im Server verbauten Hardware, aber nur mäßig bis schlecht horizontal, das bedeutet durch hinzufügen neuer Server, skalieren lassen. NoSQL Datenbanken sind solchen Einschränkungen nicht in demselben Maße unterworfen, der Aufwand der zur Verwaltung größerer, horizontal skalierbarer Cluster nötig ist, ist also geringer als bei traditionellen relationalen Datenbanken. Zusätzlich kommt zum Tragen, dass sich komplexere Strukturen, wie Ressourcen, auch Entitäten genannt, über relationale Datenbanksysteme nur schlecht abbilden lassen. Dokumentenorientierte NoSQL Datenbanken wie bspw. MongoDB sind dagegen in der Lage, komplexe Strukturen und Objekte quasi nativ abzubilden und vereinfachen hier die Einbindung der Persistenzschicht in die, in den Services implementierte, Businessschicht.

Bei der Datenspeicherung muss zwischen eindeutig personenbezogenen und nur indirekt personenbezogenen Daten unterschieden werden. Eindeutig personenbezogen sind bspw. Profile die Daten wie Vor- und Nachname, Adressdaten, Geburtstag etc. enthalten, indirekt personenbezogene Daten sind die Daten die durch Messungen und/oder Umfragen erhoben werden. Die aufgenommenen Daten werden gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in Messungen, Wellen und Segmente gegliedert. Wobei eine Messung mindestens eine Welle und zusätzlich Meta-Informationen wie Tags enthält. Unter einer Welle werden mehrere Segmente zusammengefasst, welche die Rohdaten der Welle aufnehmen und weitere MetaInformationen wie Exzentrisches Phase, Uhrzeit usw. für diesen Abschnitt der Messung zusammen fassen.

Die Messungen werden über Umfragen ergänzt die einen Aufschluss über die Verfassung der Nutzer geben und so Rückschlüsse auf das Fitnesslevel geben und schlussendlich Besonderheiten in den Messdaten.

Da personenbezogene Daten besonders geschützt werden müssen, um Standards wie HIPAA oder HITECH zu erfüllen, werden diese getrennt von den restlichen Daten in separaten Datenbanken hinterlegt. Dort werden diese gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verschlüsselt abgelegt und so gesondert geschützt, während die indirekten Daten nicht ohne Zugriff auf die Personendatenbanken eindeutig zuordnen bar sind und deshalb keine Rückschlüsse auf einzelne Nutzer ermöglichen, und nicht gesondert verschlüsselt werden müssen.

Für die Übertragung der Messdaten an die Cloudservices sollen Streamingservices verwendet werden. Die dort eingespeisten Daten werden gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung von dafür konzipierten Algorithmen in Echtzeit analysiert, vorverarbeitet und gefiltert. Bei der Analyse der Datenströme könnten Algorithmen Anwendung finden, die auf Erkenntnissen der Erforschung neuronaler Netze beruhen oder aus dem Bereich der Mustererkennung stammen und speziell auf die Verarbeitung von Streams und maximale Skalierbarkeit ausgelegt sind.

So sollen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Auffälligkeiten erkannt und via Push-Notification Services an Dritte (bspw. Angehörige, Ärzte oder Trainer und andere Betreuer) weitergeleitet werden.

Darüber hinaus lässt sich die zu speichernde Datenmenge um ein vielfaches reduzieren, indem Messdaten, welche keine Auffälligkeiten aufweisen, verworfen werden und aus den Rohdaten, die für den Endnutzer relevanten Meta-Daten extrahiert werden bzw. zur späteren Analyse notwendige Meta-Daten ergänzt werden können.

Über diese Meta-Informationen könnten Zielgruppen-orientierte Untersuchungen über vordefinierte Zeiträume durchgeführt werden. Die entsprechenden Meta-Informationen, die diese Zielgruppen eindeutig identifizieren, werden an die aufgenommenen Datensätze angehängt und ermöglichen so später eine gesonderte BigData-Analyse oder Tests von neueren und verbesserten Algorithmen.

Sind die Analysen und Tests abgeschlossen, können die Rohdaten über die entsprechenden Meta-Informationen zu größeren Datenchunks kombiniert und mittels Kompression die Datenmenge weiter reduziert und die Chunks anschließend in speziell dafür vorgesehenen Datenspeichern archiviert werden.

Zusätzlich könnte die Verwendung von graphenorientierten Datenbanken auf dem Hintergrund soziologischer Aspekte neue Abfragen und Nutzungsmöglichkeiten eröffnen. So ließen sich Analysen bezogen auf Freundes-, Bekanntenkreise oder Berufsbilder durchführen, um nachvollziehen zu können, in welchem Maße die Verbesserung der Fitness Einzelner eine Auswirkung auf andere Personen in deren Kreisen hat, oder ob bestimmte Berufsgruppen eine besondere Neigung zu bestimmten Haltungsfehlern aufweisen bzw. diese begünstigen.

Ein anderer Aspekt sind Abfragen, die die eigene Leistungsfähigkeit mit der durchschnittlichen Leistungsfähigkeit im direkten Umfeld vergleichen. Solche Aspekte könnten zusätzlich zu raumspezifischen, auch geospatial genannten, Analysen beitragen sowie zu der Erstellung von Health-/ Fitnessmaps und der Verbesserung von deren Genauigkeit.

Die datentechnische Verarbeitung der erfindungsgemäß ermittelten Werte ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, da Einheiten in neuer Weise adressiert werden. Somit lassen sich erfindungsgemäß Konzepte der Datenverarbeitung in den Fitnessbereich portieren.

Die vorliegende Erfindung ist nicht generell auf eine Schuhsohle, eine Schuheinlegesohle und einen Schuh beschränkt. Auch vorteilhaft ist eine analog ausgestaltete Socke. Somit können alle Aspekte, die für eine Schuhsohle, eine Schuheinlegesohle und einen Schuh angeführt wurden, auch auf eine Socke angewendet werden. Weitere Merkmale dieser Socke sind analog den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zum Beispiel ist eine Socke vorgeschlagen zum Messen von Körpergewicht, mit einer ersten Schicht aufweisend eine erste Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich; und mindestens einer zweiten Schicht aufweisend eine zweite Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich.

Auch vorteilhaft ist ein analog ausgestalteter Handschuh. Somit können alle Aspekte die für eine Schuhsohle, eine Schuheinlegesohle und einen Schuh angeführt wurden auch auf einen Handschuh angewendet werden. Weitere Merkmale dieses Handschuhs sind analog den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zum Beispiel ist ein Handschuh vorgeschlagen zum Messen von Gewicht mit einer ersten Schicht aufweisend eine erste Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem ersten Messbereich; und mindestens einer zweiten Schicht aufweisend eine zweite Menge überkreuz geschalteter Drucksensoren eingerichtet zur Gewichtsmessung in einem zweiten Messbereich.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist mindestens ein weiterer Massesensor vorgesehen, der bspw. an den Gefäßen des Fußes die Pulswellen, welche aus den Herzaktivitäten resultieren misst, den Gefäßzustand mittels Pulswellengeschwindigkeit PWG ermittelt und/oder die Pulswellenlaufzeit PWL ermittelt. Durch die Bauform und die Größe des Massesensors können die Sensoren in vielen Bereichen des Körpers eingesetzt werden. Voraussetzung für deren Einsatz ist, dass die Pulswellen spürbar bzw. detektierbar sind.

An einer einzigen Meßstelle kann der Puls bzw. der Abstand zwischen zwei Herzschlägen gemessen werden. An zwei aneinander bzw. hintereinander und vom Herzen weglaufenden und verschalteten Messpunkten, oberhalb der Haut und auf dem Gefäß liegend, können die Pulswellenlaufzeit und damit die Pulswellengeschwindigkeit gemessen werden. Aus der Pulswellengeschwindigkeit kann der kontinuierliche Blutdruck nach einer Kalibrierung ermittelt werden.

Für die Umsetzung wird zur Messung des Gewichtes unter dem Fuß nur ein zusätzliches Bauteil bzgl. weiterer Ausführungsformen benötigt. Zur Umsetzung kann ein 16 Bit Wandler mit einem Polymer zur Messung der Masse verwendet werden. Unterschiedliche Polymere als Halbleiter und somit unterschiedliche Widerstände sind ebenfalls als Wandler geeignet.

Eine Lasche als Weichplatine, welche von der Fußsensorik ausgebildet wird oder lediglich ein Kabel, welches zum Sensor bzw. den Sensoren an den Fußrücken geführt wird, kann Verwendung finden. Das System kann somit in einem Stück gefertigt werden und stellt eine Vitaldatenmessung bereit.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Massesensor als ein Drucksensor ausgestaltet und misst somit den Druck an mindestens einem Gefäß.

Eine Messung von Vitaldaten aus ein und/ oder zwei Messpunkten heraus funktioniert gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit Massesensoren.