Eine bequeme Form

Intelligente Textilien spüren, wie sich ihre Nutzer bewegen.

MIT-Wissenschaftler haben kürzlich intelligente Textilien entwickelt, die aus bequemen und figurbetonten Stoffen bestehen. Dieses intelligente Textil erkennt, wie sich seine Benutzer bewegen. Es kann die Aktivitäten seines Trägers wie Gehen, Laufen und Springen erkennen.

Sie verwendeten eine bestimmte Art von Kunststoffgarn und schmolzen es. Dieser Vorgang wird als Thermoformen bezeichnet. Auf diese Weise könnten Wissenschaftler die Präzision von Drucksensoren, die in mehrschichtige Stricktextilien eingewebt sind, die sie 3DKnITS nennen, deutlich verbessern.

Mit diesem Verfahren schufen sie einen intelligenten Schuh und eine Matte. Später maßen und interpretierten sie die Daten der Drucksensoren in Echtzeit und betrieben neu entwickelte Hardware- und Softwaresysteme. Mit einer Genauigkeit von etwa 95 % prognostizierte der maschinelle Lernalgorithmus die Bewegungen und Yoga-Positionen, die eine Person ausführen würde, während sie auf der intelligenten Textilmatte steht.

Um ihr intelligentes Textil herzustellen, nutzten die Wissenschaftler die digitale Stricktechnologie. Die Technologie ermöglicht ein schnelles Prototyping und kann problemlos für die Fertigung in großem Maßstab skaliert werden.

Die digitale Strickmaschine webt Stofflagen mit Reihen von Standard- und Funktionsgarnen. Das mehrschichtige Gestrick besteht aus einem piezoresistiven Gestrick, das seinen Widerstand ändert, wenn es zusammengedrückt wird, und ist zwischen zwei Schichten aus leitfähigem Garngestrick eingebettet. Die Maschine näht dieses nützliche Garn nach einem Muster in horizontalen und vertikalen Reihen über den Stoff. Dort, wo sich die Funktionsfasern kreuzen, wird ein Drucksensor hergestellt.

Aber Garn ist weich und biegsam, sodass sich die Schichten verschieben und aneinander reiben, wenn sich der Träger bewegt. Dies erzeugt Rauschen und Schwankungen, wodurch die Drucksensoren deutlich ungenauer werden.

Irmandy Wicaksono, wissenschaftliche Mitarbeiterin am MIT Media Lab, hat eine Lösung für dieses Problem gefunden. Er beobachtete, wie Arbeiter Turnschuhe aus thermoplastischen Garnen herstellten, die bei einer Erwärmung über 70 Grad Celsius zu schmelzen begannen, wodurch das Textil leicht aushärtete, sodass es eine präzise Form behalten konnte.

Er beschloss, das Schmelzen von Fasern und das Thermoformen in den intelligenten Textilherstellungsprozess zu integrieren.

Er sagte: „Das Thermoformen löst das Geräuschproblem, weil es das mehrschichtige Textil durch Zusammendrücken und Verschmelzen des gesamten Stoffes zu einer Schicht verfestigt und so die Genauigkeit verbessert. Das Thermoformen ermöglicht es uns auch, 3D-Formen wie eine Socke oder einen Schuh zu erstellen, die passen.“ genaue Größe und Form des Benutzers.“

Danach benötigte er ein System zur präzisen Verarbeitung von Drucksensordaten. Da der Stoff als Gitter gestrickt ist, haben Wissenschaftler einen drahtlosen Schaltkreis entwickelt, der Reihen und Spalten auf dem Textil abtastet und den Widerstand an jedem Punkt misst.

Sie haben außerdem ein System entwickelt, das Drucksensordaten als Wärmekarte anzeigt. Diese Bilder werden einem maschinellen Lernmodell zugeführt, das darauf trainiert ist, die Körperhaltung, Pose oder Bewegung des Benutzers anhand des Heatmap-Bildes zu erkennen.

Wissenschaftlern zufolge könnte ihr intelligentes Textil vor allem im Gesundheitswesen und in der Rehabilitation nützlich sein. Beispielsweise könnten damit intelligente Schuhe hergestellt werden, die den Gang einer Person verfolgen, die nach einer Verletzung wieder laufen lernt, oder Socken, die den Druck auf den Fuß eines Diabetikers überwachen, um die Bildung von Geschwüren zu verhindern.

Wissenschaftler erforschen jetzt kreativere Anwendungen. In Zusammenarbeit mit einem Sounddesigner und einem zeitgenössischen Tänzer entwickelten sie einen intelligenten Textilteppich, der basierend auf den Schritten des Tänzers Musiknoten und Klanglandschaften erzeugt, um die bidirektionale Beziehung zwischen Musik und Choreografie zu erkunden.

Eric Berkson, Assistenzprofessor für orthopädische Chirurgie an der Harvard Medical School und orthopädischer Sportmediziner am Massachusetts General Hospital, der nicht an dieser Forschung beteiligt war, sagte: „Es ist immer wieder erstaunlich, technologische Fortschritte auf so bedeutungsvolle Weise zu sehen. Es ist unglaublich.“ Man kann davon ausgehen, dass unsere Kleidung, ein Armstulpe oder eine Socke, so gestaltet werden kann, dass ihre dreidimensionale Struktur zum Erfassen genutzt werden kann. Im medizinischen Bereich und insbesondere in der orthopädischen Sportmedizin bietet diese Technologie die Möglichkeit, besser zu erkennen und zu klassifizieren Bewegung und das Erkennen von Kraftverteilungsmustern in realen Situationen (außerhalb des Labors). Dieses Denken wird Techniken zur Verletzungsprävention und -erkennung verbessern und bei der Bewertung und Steuerung der Rehabilitation helfen.“

Zeitschriftenreferenzen: