E-Textilien: Unsere Kleidung wird intelligenter

Von Rachel Golan

Was wäre, wenn Ihr Hemd das Wetter draußen messen und sich auf die für Sie richtige Temperatur einstellen könnte oder wenn die Socken Ihrer Großmutter ihr Ungleichgewicht erkennen und einen Sturz verhindern könnten? Das sind unsere Kleidungsstücke der Zukunft, und man nennt sie intelligente Stoffe oder E-Textilien.

E-Textilien sind eine Untergruppe der Wearable Technology, zu der Accessoires wie Smartwatches und Smart Glasses gehören. Was E-Textilien jedoch einzigartig macht, ist, dass sie aus Elektronik bestehen, die aufgenommen in Stoffe wie unsere Alltagskleidung. E-Textilien sind nicht nur in der Lage, zu erkennen, zu steuern und drahtlos zu kommunizieren, sondern sie sind auch haltbar, dünn, flexibel und waschbar. Dies macht sie zu einer bevorzugten Option gegenüber anderen Gesundheitsüberwachungsgeräten, die heute in kommerziellen und medizinischen Geräten verwendet werden.

Der Markt für E-Textilien ist riesig. Laut Grand View Research wird der Markt bis 2025 voraussichtlich $5,55 Milliarden erreichen, mit einer CAGR von 30,4%, und der medizinische Sektor wird eine treibende Kraft sein. ¹

E-Textilien werden in zwei Hauptkategorien unterteilt: eingebettet und laminiert. Eingebettete E-Textilien bestehen aus einem Schaltkreis, der mit einem elektrisch leitenden Faden in das Textil eingewirkt oder eingewebt wird. Bei anderen Verfahren wird mit leitfähiger Tinte eine Leiterbahn auf das Textil gedruckt oder es werden selektiv Abschnitte eines leitfähigen Textils weggeätzt, um Leiterbahnen mit höherem Widerstand zu erzeugen. Laminierte E-Textilien sind Schaltkreise, die auf nichttextile Substrate gedruckt und durch Nähen oder Kleben in ein Textil eingebettet werden. Zum Beispiel kann eine Schaltung auf ein dünnes, flexibles TPU-Material gedruckt und dann durch Hitze auf den Stoff gepresst werden.

Für die Herstellung von E-Textilien gibt es je nach Anwendung eine Fülle unterschiedlicher Verfahren. Bei einer vom National Center for Nanoscience and Technology in Peking (China) entwickelten Methode (siehe Abbildung oben) wird ein handelsübliches Polyestertextil beidseitig mit Kaptonband beschichtet und dann mit einem Laserschneider in einem bestimmten Muster geschnitten, ohne das Polyester in der Mitte zu beschädigen.² Anschließend wird eine Nickelbeschichtung (Ni) auf die nicht vom Klebeband bedeckten Bereiche des Polyesters aufgetragen. Ein mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) beschichtetes Baumwollgewebe wird auf das Ni-beschichtete Gewebe gelegt und mit einer dünnen 3M VHB-Folie (Very High Bond) abgedeckt, um den fertigen Sensor zu verkapseln. Wenn ein äußerer Druck auf das Gerät ausgeübt wird, vergrößert sich die Kontaktfläche zwischen dem oberen CNT-Gewebe und den unteren Ni-Elektroden, was zu einem Anstieg des Stroms führt. Dieser Prozess ermöglicht es den E-Textilien, Biegen, Drücken, Verdrehen und Dehnen sowie akustische Vibrationen von einem Lautsprecher oder Instrument zu erkennen. Es ist sogar in der Lage, die verschiedenen Komponenten einer Pulsschlagwelle zu erkennen.

E-Textilien können in verschiedenen Bereichen der Medizin eingesetzt werden und haben vor allem das Potenzial, die Herausforderungen der alternden Bevölkerung zu bewältigen. E-Textilien, die Drucksensoren wie den oben beschriebenen enthalten, können zur Behandlung und Vorbeugung von Druckgeschwüren bei bettlägerigen Patienten eingesetzt oder in Kompressionskleidung integriert werden. E-Textilien mit EKG-, EMG- und EEG-Sensoren können zur Überwachung der Herzfrequenz, der Muskelbewegungen bzw. der Gehirnsignalprozesse eingesetzt werden. Beschleunigungssensoren in E-Textilien ermöglichen eine Trägheitsverfolgung, Sturzprävention und -erkennung sowie die Überwachung der Schlafqualität. Feuchtigkeitssensoren können in E-Textilien integriert werden, um Inkontinenzprobleme zu behandeln. Temperatursensoren schließlich ermöglichen die Überwachung und Rückkopplungskontrolle bei beheizter Kleidung. Sie können in Decken eingesetzt werden, die anhand der Umgebungstemperatur berechnen, ob ein Patient gekühlt oder gewärmt werden muss, oder in OP-Kitteln, die den Chirurgen während der Operation anhand seiner Körpertemperatur kühlen. Die möglichen Anwendungen von E-Textilien sind endlos.

Do Sie Sie haben eine neue Idee für ein E-Textil, die Sie verwirklichen möchten? Root3 Labs unterstützt Sie bei allen Ihren Anforderungen an E-Textilien, sei es bei der Auswahl und Bewertung eines Sensors für eine bestimmte Anwendung oder beim Entwurf und der Herstellung eines kompletten intelligenten Textilgeräts. Lassen Sie uns wissen, wie wir Ihnen bei Ihrem nächsten Projekt helfen können. Schließlich kann uns auch das intelligenteste Kleidungsstück nicht überlisten!

 

Zitierte Quellen und Bilder:

[1] Der Markt für intelligente Textilien wird bis 2025 $5,55 Milliarden wert sein: CAGR: 30.4%. (2019, March). Abgerufen am 14. Oktober 2020, von https://www.grandviewresearch.com/press-release/global-smart-textiles-industry

[2] Liu, M., Pu, X., Jiang, C., Liu, T., Huang, X., Chen, L., . . . Wang, Z. L. (2017). Large-Area All-Textile Drucksensoren für die Überwachung der menschlichen Bewegung und physiologischen Signalen. Advanced Materials, 29(41), 1703700. doi:10.1002/adma.201703700

Zusätzliche Ressourcen:

Brown, P. (n.d.). Die Zukunft des Gesundheitswesens könnte in Ihrer intelligenten Kleidung liegen. Abgerufen am 14. Oktober 2020, von https://www.mouser.com/applications/healthcare-may-reside-in-smart-clothing/.

Yang, K., Isaia, B., Brown, L., & Beeby, S. (2019). E-Textiles for Healthy Ageing. Sensors, 19(20), 4463. doi:10.3390/s19204463