Computer zum Anziehen

Gehören körpernahe IT-Geräte wie die Smartwatch bald zum alten Eisen? E-Textilien könnten künftig deren Funktionen übernehmen. Und es gibt eine neue Idee, wie Textilien mit elektronischen Eigenschaften ausgestattet werden können.

×

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Forschung rund um die Textilelektronik von anfänglichen Forschungsexperimenten zu einem industriell relevanten Bereich entwickelt. Ausgehend von bahnbrechenden Untersuchungen zur Integration von Leiterbahnen und Schaltkreisen in Textilien in den späten 1990er Jahren, zeichnen Stefan Schneegass, Universität Stuttgart, Oliver Amft, Universität Passau, und zahlreiche Mitautoren in "Smart Textiles" die darauf folgenden Schritte nach, die zu einer immer dichteren Integration, Applikation von Sensoren, Aktoren, Benutzerschnittstellen und schließlich äußerst komplexen textilen Schaltkreisen führten: "Obwohl es viele Anwendungen der Textilelektronik gab, einschließlich der industriellen Filtration, war es immer ein zentrales Ziel, Bekleidung zu realisieren, die durch aktive Komponenten zusätzliche Funktionalität bieten könnte und schließlich einen kompletten tragbaren Computer umfassen würde", heißt es ganz zu Anfang des Bandes.

"Smart garments" oder auch "E-Textilien" können auf elegante Weise Computer-Technologie am Körper nutzbar machen: Die sensorgestützte Überwachung von Vitalparametern in der medizinischen Vorsorge etwa, die Analyse sportlicher Aktivität oder auch in Gestalt von Sicherheitssystemen für Polizei und Feuerwehr. Ein wesentliches Merkmal für jede Monitoring-Anwendung ist jedoch die bereitgestellte Datenqualität, merken die Springer Autoren an. Eine seit langem bestehende Herausforderung im Bereich der intelligenten Bekleidung sei daher die Maximierung der Materialbeständigkeit und der Messrobustheit bei gleichzeitiger Beibehaltung der textilähnlichen mechanischen Biege- und Dehnbarkeit. Die Textilproduktion selbst habe sich im letzten Jahrhundert allerdings zu kostengünstigen, großvolumigen Prozessen entwickelt, und somit, argumentieren Schneegass und Amft, stehen diese Produktionsprozesse "im Widerspruch zur Diversifizierung der Anforderungen an die Produktion intelligenter Kleidungsstücke über verschiedene Anwendungen hinweg" (Seite 2). 

Bislang gebe es zahlreiche Methoden, Textilien mit Elektronik zu verbinden. Die Springer-Autoren unterscheiden im Buchkapitel "Introduction to Smart Textiles" nichtreversible (die Elektronik lässt sich nicht einfach aus dem Textil entfernen) und reversible Methoden (die Elektronik kann zum Laden oder Waschen des Textils entfernt werden). In einer aktuellen Publikation mit dem Titel "PolySense: Augmenting Textiles with Electrical Functionality using In-Situ Polymerization”, schlagen die Autoren der Forschungsgruppe zur Human-Computer-Interaction am Saarland Informatics Campus an der Universität des Saarlandes jetzt eine weit darüber hinausgehende Technik zur Verbindung von Textilien und Elektronik vor: "Unser Ziel war es, interaktive Funktionen direkt in die Fasern von Textilien zu integrieren, anstatt nur elektronische Komponenten daran zu befestigen", sagt Jürgen Steimle, Informatik-Professor der Universität des Saarlandes. "Gerade für am Körper getragene Geräte ist es wichtig, dass sie die Bewegung möglichst wenig einschränken und dennoch hochauflösend Eingabesignale verarbeiten können", präzisiert Paul Strohmeier, Wissenschaftler in Steimles Forschungsgruppe. 

In-Situ-Polymerisation

Um dies zu erreichen, nutzen die Forscher das Verfahren der In-Situ-Polymerisation. Die elektrischen Eigenschaften werden dabei in den Stoff quasi "eingefärbt": Ein Textil wird in einem Wasserbad einer chemischen Reaktion ausgesetzt, der Polymerisation, wodurch es elektrisch leitfähig wird und empfindlich auf Druck und Dehnung reagiert, also piezoresistive Eigenschaften erhält. Indem sie nur bestimmte Stellen eines Textils "einfärben" oder einzelne Fäden polymerisieren, können die Saarbrücker Informatiker nach eigenen Angaben maßgeschneiderte E-Textilien produzieren. Ja, vorhandene Textilien und Kleidungsstücke könnten sogar auch nachträglich in E-Textilien umgewandelt werden, ohne deren ursprüngliche Trage-Eigenschaften zu beeinflussen – sie blieben dünn, dehnbar und anschmiegsam. In ihren Testläufen haben die Forscher auf diese Weise beispielsweise Handschuhe hergestellt, die Handbewegungen digital erfassen können, einen Reißverschluss, der je nach Öffnungsgrad verschiedene Spannungen überträgt, und Sport-Tapes, die sich zu einem am Körper befestigten Bedienelement verwandeln.

×