Die Integration von Elektronik in Kleidung ist ein Thema, das von der Forschung schon länger bearbeitet wird. Die Umsetzungen gehen von Versuchen mit eingewebten Aluminiumdrähten oder gewundenen Kupferleitungen über Leitungen, die mit organischen Lichtemittern beschichtet sind. Ein Team rund um Michael Rein vom Massachusetts Institute of Technology hat nun eine neue Methode entwickelt, um elektrische Komponenten in Kunstfasern zu integrieren. Mit ihr sollen smarte Kleidungsstücke einfacher umsetzbar werden.


Bild: Greg Hren/ Michael Rein, Yoel Fink

Neue Methode vereinfacht die Herstellung smarter Textilien

Das Problem bei der Integration elektrischer Schaltkreise in Textilien ist, dass die daraus resultierenden Stoffe oft nicht sehr robust und nur bedingt wasserfest sind. Außerdem müssen die elektrischen Bauteile nachteilig in den Stoff eingebracht werden, was in deutlich mehr Aufwand resultiert. Kunstfasern werden unter großer Hitze zu Fäden gezogen, weshalb die direkte Integration von Leitungen und anderen elektrischen Elementen in Textilien problematisch ist.

Rein und seine Kollegen ist aber genau das gelungen. Bei ihrer Technik werden die Bauteile bereits in die Rohlinge für die Fasern integriert. Diese Rohlinge werden als Preforms bezeichnet. Es handelt sich dabei um dünne Stäbe aus Polymermaterial, die dann unter Hitze zu kilometerlangen Fasern ausgezogen werden.


Die Forscher haben zwei haarfeine Kupfer- oder Wolframleitungen in zwei getrennte Längskanäle in der Preform eingeführt und dazwischen Fotosensoren oder Leuchtdioden gesetzt. „ Wenn nun die Preform erhitzt und zur Faser ausgezogen wird, nähern sich durch das Dünnerwerden der Faser die Leiterbahnen den Dioden an, bis sie elektrisch in Kontakt sind. Das Resultat sind hunderte von Dioden, die über parallele Leitungen im Inneren einer einzigen Faser verbunden sind„, so Rein.

Elektronik in der Faser

Mit der neuen Methode können bereits beim Faserziehen Sensorfasern oder Leuchtfasern erstellt werden, ohne dass die Länge des resultierenden Fadens groß beeinflusst wird. Aus den resultierenden Fasern können dann Synthetikstoffe und Kleidung erstellt werden.

Die elektrischen Bauteile sind komplett in den Kunststofffasern eingeschlossen, was die Elektronikfasern absolut wasserdicht und deutlich robuster als mit anderen Methoden hergestellte Fasern macht. In Tests wurden Textilien, bei denen die neue Methode zum Einsatz kam, wochenlang in Wasser versenkt, ohne dass sie ihre Funktion verloren. Sogar unter Wasser leiten die Fasern.

Die Forscher entwarfen außerdem zwei smarte Hemden, bei denen Fasern mit Leuchtdioden und Fotosensoren verwendet wurden. Die Hemden konnten durch Aussenden von Lichtsignalen auf eine Entfernung von einem Meter miteinander „kommunizieren“.

Mit der Methode stellten die Forscher außerdem eine Art Textil-Pulsmesser her, der die Einsatzmöglichkeiten im medizinischen Bereich belegen sollte. „ Wir glauben, dass diese Technologie ganz neue Fortschritte im Textil- und Bekleidungsbereich, in der Telekommunikation, aber auch in Medizin und Lebenswissenschaften ermöglichen wird„, so das Team. Momentan arbeiten die Forscher daran, ihr Produktionsverfahren für den industriellen Einsatz zu optimieren. Erste Verhandlungen mit Textilherstellern laufen bereits.

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