Schuh mit integriertem Schrittzähler Die Erfindung betrifft einen Schuh mit integriertem Schrittzähler und eine Vorrichtung zum Ermitteln und Übertragen von menschlichen Bewegungsinformationen.

Bekannterweise werden zur Navigation und Positionsbestimmung von Personen Navigationssysteme eingesetzt, bei denen ein GPS-Signal ausgewertet wird. Bei Soldatensystemen ist es häufig erforderlich, ergänzend oder alternativ zu einem GPS-basierten System Schrittzähler einzusetzen. Aus der Anzahl der gemessenen Schritte multipliziert mit der durchschnittlichen persönlichen Schrittlänge lässt sich so eine zurückgelegte Wegstrecke berechnen.

Aus der DE 10 2005 044 667 A1 ist eine Vorrichtung zum Zählen von Schritten einer Person mit einer Erfassungseinheit bekannt, die an einem Schuh angeordnet ist. Die Erfassungseinheit umfasst einen Messfaden zur Kraftmessung, der in einem Schnürsenkel des Schuhs oder einer Einlegesohle integriert ist. Die Erfassungseinheit umfasst auch einen Auswerteteil und einen Funkübertragungsteil, so dass das ausgewertete Messsignal an ein Anzeigegerät (Uhr, Mobiltelefon, PDA etc.) übertragen werden kann. Eine im Schuh angeordnete Batterie liefert die zur Verarbeitung und Auswertung der Messsignale notwendige Energie. Aus der US 201 1/0224915 ist ein System zur Analyse von Bewegungen bekannt, die eine an einem Schuh befestigbare piezoelektrische Folie enthält. Das Verformungssignal wird von einem RFID-Chip an eine externe Einheit übertragen. Die Vorrichtung dient zur Diagnose von Ganganomalien.

Die bekannten Systeme für die Navigation und Positionsbestimmung von Personen unter Verwendung eines Schrittzählers benötigen für die Sensorik und die Elektronik zur Übertragung der Signale zu einer Auswerteeinheit eine Energieversorgung. Dadurch ergeben sich Nachteile durch Wartungsbedarf (Batteriewechsel oder Aufladen von Akkus), Größe und Gewicht der Energieversorgung, sowie Kosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schuh mit integriertem Schrittzähler sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln und Übertragen von menschlichen Bewegungsinformationen bereitzustellen, die diese Nachteile nicht aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch einen Schuh gelöst, der in der Schuhsohle zumindest ein elektrische Energie erzeugendes Piezoelement als Schrittsensor und einen von dem Piezoelement mit elektrischer Energie versorgten Niedrigenergie-Funksender aufweist.

Eine Vorrichtung zum Ermitteln und Übertragen von menschlichen Bewegungsinformationen weist neben einem Schuh nach der Erfindung einen Funkempfänger auf, der außerhalb des Schuhs angeordnet ist.

Bevorzugt werden als Piezoelemente druckempfindliche Piezofolien verwendet. Die Verteilung mehrerer Piezoelemente in der Sohle, insbesondere in der Laufsohle und im Absatz des Schuhs, ermöglicht es, das Abrollverhalten des Fußes zu bestimmen. So kann neben der reinen Schrittzählung auch die Richtung der Schritte, ob vorwärts, rückwärts oder seitwärts, bestimmt werden, um den Positionsnäherungsfehler so gering wie möglich zu halten. Dies ist besonders vorteilhaft beim Einsatz in Soldatensystemen, da es erforderlich ist, soldatische Bewegungsmuster sehr genau zu bestimmen. Bevorzugt ist der Niederenergie-Funksender ein RFID- Sender.

Bevorzugte Vorrichtungen zur Ermittlung und Übertragen von menschlichen Bewegungsinformationen enthalten eine Auswerteeinheit, die weitere zur Navigation und Positionsbestimmung verwendete Sensoren enthält. Derartige Sensoren sind insbesondere GPS-Empfänger und Inertialsensoren (IMUs).

Die außerhalb des Schuhs angeordnete Auswerteeinheit weist bevorzugt eine eigene Energieversorgung, insbesondere einen Akku, auf, der ebenfalls außerhalb des Schuhs angeordnet ist und beispielsweise am Körper des Soldaten getragen wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen Figur 1 einen Schuh mit in der Laufsohle und dem Absatz angeordneten Piezoelementen,

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Sohle,

Figur 3 zeigt eine Schuhsohle mit mehreren Piezoflächen in der

Laufsohle und im Absatz.

Figur 4 zeigt das Schema einer Vorrichtung zum Ermitteln und

Übertragen von menschlichen Bewegungsinformationen, Figur 5 zeigt das Prinzip der Informationsübertragung mit

Niederenergie-Funktechnik, und Der in Figur 1 dargestellte Schuh ist Teil der Bekleidung eines Soldaten. Er ist Teil einer Vorrichtung zum Ermitteln und Übertragen von menschlichen Bewegungsinformationen, die den Soldaten bei der Navigation unterstützt und zur Bestimmung seiner Position geeignet ist.

Wie in den Figuren 1 , 2 und 3 dargestellt, ist in der Schuhsohle 2 des Schuhs 1 zumindest ein Piezoelement 3 angeordnet, das als Schrittsensor elektrische Energie erzeugt. Als Piezoelemente 3 werden druckempfindliche Piezofolien verwendet. Piezofolien sind beispielsweise Filme aus hochpolarisiertem Polyvinylidenfluorid (PVDF), deren Außenfläche metallisch beschichtet ist, um die durch Druck erzeugte elektrische Ladung abzuleiten.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen nach Figur 1 und 2, sowie Figur 3 sind Piezofolien 3 sowohl in der Lauffläche 2.1 als auch im Absatz 2.2 der Schuhsohle 2 angeordnet. Bei der Ausführungsform nach Figur 2 ist jeweils eine Piezofolie 3 in der Laufsohle 2.1 und im Absatz 2.2 angeordnet, bei der Ausführungsform nach Figur 3 sind sowohl in der Laufsohle 2.1 als auch im Absatz 2.2 jeweils zwei Piezoelemente 3 angeordnet, also insgesamt vier Piezoelemente 3.

Die Verwendung mehrerer Piezofolien 3 in der Sohle 2 ermöglicht es, das Abrollverhalten des Fußes bei einer Bewegung zu bestimmen . Dies ist für Navigationszwecke von Bedeutung, da es neben der reinen Schrittzählung möglich ist, auch die Schrittrichtung (vorwärts, rückwärts, seitwärts) zu bestimmen, um Positionsnäherungsfehler so gering wie möglich zu halten.

Wenn der Schuh 1 den Boden berührt, so wird auf das abstützende Piezoelement 3 Druck ausgeübt. Durch den Druck wird elektrische Energie erzeugt, die nicht nur der Schrittzählung dient, sondern auch einen nachfolgend angeordneten Niedrigenergie-Funksender 4 mit elektrischer Energie versorgt. Bevorzugt ist der Niedrigenergie- Funksender ein RFID-Sender, der in einen RFID-Chip integriert ist. Sobald ein Piezoelement 3 elektrische Energie erzeugt, wird diese an den RFID- Chip weitergegeben, der daraufhin einen ID-Code als RFID-Tag per Funk an eine Auswerteeinheit 5 sendet. Dazu ist keine Batterie im Schuh 1 erforderlich. Das System ist wartungsfrei, und die Herstellkosten sind gering.

Die Auswerteeinheit 5 enthält einen Funkempfänger, bevorzugt einen passenden RFID-Empfänger. Sie ist außerhalb des Schuhs 1 angeordnet und wertet die in den Piezoelementen 3 erzeugten Signale aus. Es werden zumindest die Schritte gezählt. Durch den Einsatz mehrerer Piezoelemente 3 ist es möglich, die Abrolleigenschaften des Fußes zu ermitteln, beispielsweise die Reihenfolge des Aufsetzens des vorderen und hinteren Fußteils, sowie des rechten und linken Fußteils und/oder die Intensität des Aufsetzens, wenn die als Piezoelemente 3 verwendeten Piezofolien unterschiedlich empfindlich gestaltet sind. Über das Abrollverhalten des Fußes lässt sich die Schrittrichtung (vorwärts, rückwärts, seitwärts) bestimmen.

Die Auswerteeinheit 5 enthält die zur Auswertung der empfangenen Schrittsignale erforderliche Auswertealgorithmik. Bevorzugt verfügt sie neben einem als RFID-Empfänger ausgebildeten Funkempfänger weitere zur Navigation und Positionsbestimmung geeignete Sensoren, insbesondere GPS-Empfänger oder Inertialsensoren (IMUs). Falls erforderlich, hat die Auswerteeinheit 5 eine eigene Energieversorgung, insbesondere einen Akku. Bei Soldatensystemen wird die Auswerteeinheit 5 mit ihrer Energieversorgung am Körper befestigt vom Soldaten getragen. In Figur 5 ist das Prinzip der Informationsübertragung mit Niedrigenergie- Funktechnik dargestellt:

Energie aus dem sensierten Prozess (nach der Erfindung aus Druck) wird von den Piezoelementen 3 in elektrische Energie umgewandelt und über eine entsprechende Sensorik einem Niederenergie-Prozessor zugeführt, der einen Niedrigenergie-Sender enthält.

Der Sender sendet die Signale über die erforderliche Reichweite (z.B. mehrere Meter) zu einem Funkempfänger, der sie an eine Signalauswertung weitergibt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung mit dem Piezoelement und dem Niedrigenergie-Funksender in der Schuhsohle hat mehrere Vorteile:

Es ist keine Batterie in der Schuhsohle erforderlich, daher ist das System wartungsfrei.

Die Vorrichtung weist ein geringeres Gewicht auf, das bei einem Soldatensystem vom Soldaten zu tragen ist.

- Die Herstell kosten sind geringer, auch weil Komponenten verwendet werden können, die bereits in anderen technischen Gebieten eingesetzt werden.

Durch geeignete Anordnung mehrerer Piezoelemente in der Sohle kann die Abrolleigenschaft des Fußes bestimmt werden. Dies ermöglicht eine genauere Positionsbestimmung über die reine

Schrittzählung hinaus.