Die Archäologie zeigt, dass Menschen vor etwa 170.000 Jahren, kurz vor der vorletzten Eiszeit, Kleidung trugen. Aber auch heute tragen die meisten modernen Menschen Kleidung, die sich kaum von den frühesten Kleidungsstücken unterscheidet. Dies wird sich jedoch bald ändern, da flexible Elektronik zunehmend in sogenannte „intelligente Stoffe“ verwoben wird.
Viele davon sind bereits käuflich zu erwerben, wie z. B. Gamaschen, die für leichteres Yoga sanfte Vibrationen erzeugen, T-Shirts, die die Leistung der Spieler verfolgen, und Sport-BHs, die die Herzfrequenz überwachen. Intelligente Stoffe können vielversprechend im Gesundheitswesen (Messung der Herzfrequenz und des Blutdrucks von Patienten), in der Abwehr (Überwachung der Gesundheit und Aktivität von Soldaten), in Autos (Anpassung der Sitztemperaturen, um den Fahrgästen mehr Komfort zu bieten) und sogar in intelligenten Städten (Kommunikation der Schilder) eingesetzt werden mit Passanten).
Idealerweise sind die elektronischen Komponenten dieser Kleidungsstücke - Sensoren, Antennen zur Datenübertragung und Batterien zur Stromversorgung - klein, flexibel und werden von ihren Trägern kaum wahrgenommen. Das gilt heute für Sensoren, von denen viele sogar maschinenwaschbar sind. Die meisten Antennen und Batterien sind jedoch fest und nicht wasserdicht. Sie müssen daher vor dem Waschen von der Kleidung gelöst werden.
Meine Arbeit am ElectroScience Laboratory der Ohio State University zielt darauf ab, Antennen und Stromquellen herzustellen, die gleichermaßen flexibel und waschbar sind. Insbesondere sticken wir Elektronik mit leitenden Fäden, die wir "E-Fäden" nennen, direkt in Stoffe.
Antennenstickerei
Eine gestickte Antenne (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Die E-Fäden, mit denen wir arbeiten, sind Bündel von verdrillten Polymerfilamenten, um die Festigkeit zu gewährleisten, wobei jeder mit einer Beschichtung auf Metallbasis versehen ist, um Elektrizität zu leiten. Der Polymerkern jedes Filaments besteht typischerweise aus Kevlar oder Zylon, während die umgebende Beschichtung aus Silber besteht. Dutzende oder sogar Hunderte dieser Filamente werden dann zusammengedreht, um einen einzigen E-Faden zu bilden, der normalerweise einen Durchmesser von weniger als einem halben Millimeter hat.
Diese E-Fäden können problemlos mit handelsüblichen Stickgeräten verwendet werden - den gleichen computergestützten Nähmaschinen, mit denen die Menschen jeden Tag ihre Namen auf Sportjacken und Sweatshirts schreiben. Die bestickten Antennen sind leicht und genauso gut wie ihre starren Gegenstücke aus Kupfer und können so kompliziert sein wie moderne Leiterplatten.
Unsere E-Thread-Antennen können sogar mit normalen Threads in komplexeren Designs kombiniert werden, z. B. durch die Integration von Antennen in Firmenlogos oder andere Designs. Wir haben Antennen auf Stoffe gestickt, die so dünn wie Organza und so dick wie Kevlar sind. Einmal gestickt, können die Drähte durch herkömmliches Löten oder flexible Verbindungen, die Komponenten miteinander verbinden, mit Sensoren und Batterien verbunden werden.
Bisher konnten wir intelligente Hüte erstellen, die tiefe Gehirnsignale für Patienten mit Parkinson oder Epilepsie lesen. Wir haben T-Shirts mit Antennen bestickt, die die Reichweite der WLAN-Signale auf das Mobiltelefon des Trägers ausweiten. Wir haben auch Matten und Bettlaken hergestellt, mit denen die Körpergröße von Säuglingen überwacht werden kann, um eine Reihe von Erkrankungen im frühen Kindesalter festzustellen. Und wir haben faltbare Antennen entwickelt, die messen, wie stark sich der Stoff auf einer Oberfläche gebogen oder angehoben hat.
Über die Antenne hinausgehen
Mein Labor arbeitet auch mit anderen Forschern des Staates Ohio zusammen, darunter die Chemikerin Anne Co und der Arzt Chandan Sen, um flexible Miniatur-Stromerzeuger auf Stoffbasis herzustellen.
Auf Stoff gedruckt, können Metalle Strom erzeugen. (ElectroScience Lab, CC BY-ND) Wir verwenden ein Verfahren, das dem Tintenstrahldruck ähnelt, um abwechselnd Silber- und Zinkpunkte auf dem Stoff zu platzieren. Wenn diese Metalle mit Schweiß in Berührung kommen, Salzlösung oder sogar Flüssigkeit aus Wunden austritt, fungiert Silber als positive Elektrode und Zink als negative Elektrode - und Elektrizität fließt zwischen ihnen.
Wir haben kleine Mengen Strom erzeugt, indem wir den Stoff feucht gemacht haben - ohne zusätzliche Schaltkreise oder Komponenten. Es ist eine vollflexible, abwaschbare Stromquelle, die sich mit anderen tragbaren Elektronikgeräten verbinden lässt, sodass keine herkömmlichen Batterien erforderlich sind.
Diese flexible, tragbare Elektronik verwandelt Kleidung sowohl zusammen als auch einzeln in vernetzte, sensible Kommunikationsgeräte, die sich gut in das Gewebe des vernetzten 21. Jahrhunderts einfügen.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Asimina Kiourti, Assistenzprofessorin für Elektrotechnik und Informationstechnik an der Ohio State University
