Vor einiger Zeit kam in den Medien immer mal wieder das Thema auf die Daten durch den Körper übertragen zu können. So habe ich das vor kurzem in einem Online-Artikel gelesen und mir gedacht, dass man dafür kein Wissenschaftler sein muss, um sowas selbst aufzubauen, die Daten zu übertragen und dann die Signale wieder auslesen zu können.

Zuallererst ein wenig Biologie und Physik.
Der menschliche Körper besteht aus Zellen, diese wiederum aus Molekülen und diese wiederum aus Atomen. Nun kommt der Schritt in die Physik, ein Atom besteht aus Protonen und Elektronen. In der Elektronik sind die Elektronen das was wichtig ist.
Der menschliche Körper hat im Grunde, aus elektrotechnischer Sicht, zwei Eigenschaften: er ist ein Widerstand und eine Kapazität zugleich. Der Widerstand liegt für gewöhnlich zwischen 1 MOhm und 2 kOhm. Diese große Differenz ergibt sich aus der Hydration des Körpers, des Alters usw. Die Kapazität liegt zwischen 100 und 200 pF.
Wenn man den menschlichen Körper nun als elektronisches Bauteil ansieht, wird es recht einfach, denn der Körper ist dann nur eine Leitung mit hohem Widerstand.

Also habe ich mir einen Arduino geschnappt und einen Programmcode geschrieben, der „SOS“ als Morsecode in Form von HIGH und LOW Signalen ausgibt. Das wäre die Transmitterseite, nun braucht es noch eine Empfängerseite. Denn bei hohen Widerständen kommt es zu einigen Verlusten. Der Arduino gibt 5V an den Ausgängen aus, durch den Körper (Hand zu Hand) verliert der Körper knapp 3V (gemessen), also 60% der Spannung.
Die Empfängerseite besteht aus einer Transistorverstärker-Schaltung und einer LED. Das schwache Signal wird von den Transistoren verstärkt und mit der Spannung des Akku erreichen diese dann eine verstärkte Spannung, welche hoch genug ist, um die LED durchzuschalten bzw. die Signale optisch auszugeben.

Das wars dann auch, nun ging es daran das Ganze zu testen, und da hat sich die Laura als Probandin zum Testen zur Verfügung gestellt, dafür ein großes Danke.

Wie ihr sehen könnt geht das weiße Kabel in Lauras Hand. Das Signale durchquert ihren Körper und verlässt die andere Hand und geht dann zur Verstärkerschaltung und lässt die LED simultan mit der LED auf dem Arduino aufblinken.

Wissenschaft ist fantastisch, nicht wahr?

Als nächste Experimentierphase ist geplant, dass ein anderer Arduino das Signal auslesen und das Wort was zuvor in den Körper geschickt wird, dekodiert und am Computer ausgeben wird.

P.S.: das Experiment war zu keinem Zeitpunkt gefährlich, da bei Lauras Körperwiderstand nur ein Strom von 20µA fließen konnte und bei 5V keine Gefahr besteht. Zur Info: erst ab 500µA, also das 25-fache des vorhanden gewesenen Stromes, ist es möglich diesen überhaupt empfinden zu können. Für weitere Informationen zur Sicherheit und Gefahren durch hohe Spannungen und Strömen hilft die VDE und entsprechende Wikipedia-Artikel.

Ein LDR ist ein Licht abhängiger Widerstand, welcher sich verringert je mehr Licht drauf gestrahlt wird, und im Gegenzug steigt der Widerstand an, wenn es dunkel wird. Daher sind diese Sensoren die einfachsten die es gibt, um Helligkeitsunterschiede zu messen.
Und da ich an einem Experiment mit dem LDR arbeite, wo ich zur Referenz möglichst viel Dunkelheit messen wollte, dachte ich mir, das ich gleich mal einen Beitrag daraus mache.

Eine Pringles-Dose als Dunkelkammer

Nun war es klar, um eine Messung zu machen, bei der es möglichst dunkel ist, reicht die Dunkelheit der Nacht nicht aus, also brauchte ich eine Art Dunkelkammer, und diese fand ich auch in Form einer Pringles-Dose (falls jemand denkt, dass der Beitrag von Pringles gesponsert wurde, den muss ich enttäuschen^^), welche wunderbar für sowas geeignet zu sein scheint.

Wie man bereits sehen kann ist die Pringles-Dose verschlossen und der LDR ist vom direkten Licht abgeschnitten. Die Messung ergibt einen Widerstand von 0.876 MOhm.  Hört sich nicht viel an? Hier ein kleines Beispiel: um eine LED mit 9 V zu betreiben benutzt man für gewöhnlich 470 Ohm, damit eine LED normal leuchtet. Entsprechend dem Ohmschen Gesetz:

I= U/R
I=9V/470 Ohm
I= 0,019A = 19mA

Bei einem Widerstand von 0.876 MOhm sieht die Berechnung wie folgt aus:

I= U/R
I=9V/876 000 Ohm
I= 0.000 01027 A = 10.27uA

Mit 10.27uA lässt sich optisch nichts sichtbares mehr betreiben und entspricht eher dem eines Mikrocontrollers im Schlafmodus.

Weniger Licht, Igor!

Aber Moment mal? 0.876 MOhm, das hört sich doch eigentlich recht wenig an, wenn da kein Licht ist.
Tatsächlich aber kommt Licht noch hinein, dieses ist aber nicht mehr mit dem Auge Sichtbar, sondern kann sich hierbei um Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Bereiches handeln.
Hier sieht ihr in einem Diagramm die Empfindlichkeit verschiedener LDR Typen

Also habe ich geschaut was man noch machen kann, und ja, da kam die Hand als nächstes und siehe da:

Schon kommen wir in den MegaOhm Bereich.
Aber damit war ich immer noch nicht zufrieden, und was ist das Dunkelste was es gibt? Schwarz, es absorbiert das Licht und hat eine sehr geringe Reflektion.
Leider kommen wir hier schon weit über die für gewöhnlich messende Größen heraus und damit außerhalb des Messbereichs meines Multimeters.

Das war des letzte Bild das ich machen konnte bevor mein Multimeter in den Overload Bereich gesprungen ist, denn ich hatte auch etwas Glück auf meiner Seite, hier ein kleines Dankeschön an die Physik , denn LDRs sind ein wenig träge^^.
37.08 MOhm, ein Wert den man sich nur noch schwer vorstellen kann. Ich habe zum Vergleich den Widerstand meiner Hand (kleiner Finger – Daumen) gemessen, welcher bei 1 MOhm lag.
Anmerkung: Der Widerstand des Körpers ist messbar, variiert aber gänzlich und ist abhängig von verschiedenen Faktoren (Schweiß, Alter, Geschlecht, Hydration, etc.)

Grenzen der Praxis

Was kann man mit 37 MOhm machen? In der Praxis eigentlich nichts mehr, denn solche Größen gehören in die Forschung wo mit Hochspannung gearbeitet wird, um also eine LED mit einem Vorwiderstand von 37 MOhm zu betreiben, würde man 74 000 V brauchen, und diese hat man nicht gerade mal zufällig Zuhause liegen^^.

Hier könnt Ihr sehen das was der Vorwiderstandsrechner zu den 74000V sagt:

Ist natürlich am Ende die Frage, ob man einen solchen Widerstand findet der eine Leistung von 1405924 mW ~ 1405.924 W ~ 1.4kW
verkraften kann.

Für diejenigen, die nicht glauben das man LEDs mit Hochspannung betreiben kann, habe ich hier ein YouTube Video von Peter L. rausgesucht, welches zeigt das es möglich ist.
Ob es jetzt auf Dauer so Gesund für die LED´s ist bezweifle ich aber. ^^